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1磁流体概述 1

1.1磁流体的组成和特性 1

1.1.1磁流体的组成 1

1.1.2磁流体的特性 2

1.2磁流体的制备 3

1.2.1磁流体的制备方法 3

1.2.2实验材料与仪器 4

1.2.3实验原理 6

1.2.4实验方法 7

1.3磁流体的表征 10

1.3.1宏观表征 10

1.3.2磁流体的磁光效应 11

1.3.3磁锥现象 11

1.3.4电子显微镜 12

1.3.5振动样品磁强计 13

1.3.6 X射线衍射测定 15

1.3.7稳定性测试 17

1.4磁流体润滑 18

1.4.1磁流体润滑的特点 18

1.4.2磁流体润滑的影响因素 19

1.4.3磁流体油膜轴承 19

2油膜轴承概述 21

2.1油膜轴承的特点与工作原理 21

2.1.1油膜轴承的特点 21

2.1.2油膜轴承的工作原理 22

2.2油膜轴承润滑 23

2.2.1油膜轴承润滑理论发展 23

2.2.2油膜轴承润滑的特点 24

2.3油膜轴承润滑数学模型 25

2.3.1油膜轴承承载能力 25

2.3.2油膜轴承润滑基本方程 27

3磁流体力学基础 35

3.1磁流体力学预备公式 35

3.2电磁学方程 36

3.2.1基本方程的导出 36

3.2.2磁扩散方程 37

3.2.3磁力体密度和磁力功体密度 38

3.3磁流体动力学方程 38

3.3.1质量守恒方程 38

3.3.2动量守恒方程 39

3.3.3能量守恒方程 40

3.4控制磁流体流动的方程组 42

3.4.1磁流体方程组的微分形式 42

3.4.2不可压缩导电流体的矢量形式微分方程组 42

3.4.3直角坐标系中微分方程组的分量形式 43

3.4.4柱坐标系中微分方程组的分量形式 44

3.4.5球坐标系中的微分方程组的分量形式 45

3.4.6磁流体力学方程组的积分形式 46

3.5初始条件和边界条件 47

3.5.1磁流体力学方程的定解条件 47

3.5.2初始条件 47

3.5.3磁场边界条件 48

3.6磁流体力学方程组无量纲化 49

4油膜轴承磁流体润滑理论基础 51

4.1经典的磁流体润滑理论模型 51

4.2磁流体润滑相关参数定义 53

4.2.1磁流体油膜刚度 53

4.2.2轴承系统固体变形影响函数 54

4.2.3轴承系统流体场承载函数 55

4.2.4轴承系统磁场函数 57

4.3磁流体润滑性能参数关系 57

4.3.1基载液的黏-温/压方程 57

4.3.2油膜温度与转速的关系 58

4.3.3磁场强度与磁流体润滑油膜黏度关系的推导 58

4.4磁流体润滑性能参数的关联度和权重分析 62

4.4.1关联度分析 62

4.4.2计算润滑特性参数的影响权重 65

4.5磁流体黏度的控制策略 68

4.5.1磁流体润滑油膜黏度与磁场强度的关系 68

4.5.2磁流体润滑油膜黏度与温度的关系 70

4.5.3磁流体润滑油膜黏度与压力的关系 72

4.5.4磁流体磁-黏本构方程与控制 73

4.5.5结果分析 78

5油膜轴承磁流体润滑机理 80

5.1磁流体润滑油膜轴承数学模型 80

5.1.1磁流体动力学方程 80

5.1.2雷诺方程 85

5.1.3膜厚方程 90

5.1.4黏度方程 91

5.1.5能量方程 93

5.1.6固体热传导方程 95

5.1.7界面热流连续方程 95

5.1.8其他润滑性能参数计算 96

5.2润滑模型无量纲化 100

5.2.1数学模型的差分格式 100

5.2.2雷诺方程无量纲化 101

5.2.3膜厚与黏度方程 104

5.2.4能量方程无量纲化 105

5.2.5其他方程的无量纲化 106

5.3磁流体润滑油膜的数值求解 109

5.3.1 Fortran语言简介 109

5.3.2数值求解过程中相关参数 110

5.3.3数值求解计算流程图 112

5.3.4润滑模型的数值求解 114

5.3.5数值求解结果对比分析 120

6磁流体润滑油膜轴承外加磁场设计 125

6.1电磁学基本方程 125

6.1.1磁场中的高斯定理 125

6.1.2磁场中的安培环路定理 126

6.1.3有限长通电螺线管中的磁感应强度 126

6.2磁流体润滑油膜轴承外加磁场模型 128

6.2.1永磁铁磁场模型 128

6.2.2螺线管磁场模型 129

6.2.3亥姆霍兹线圈磁场模型 130

6.3油膜轴承外加磁场的数值求解 131

6.3.1多层螺线管线圈产生的磁感应强度 131

6.3.2缠绕螺线管线圈的油膜轴承内部的磁感应强度 132

6.3.3衬套楔形间隙内的磁感应强度分布 133

6.4螺线管磁场的试验研究 135

6.4.1螺线管设计 136

6.4.2磁场测量 139

6.4.3实验测量缠绕通电螺线管衬套的磁感应强度分布 142

6.4.4轴承的磁化电流 145

6.5计算结果和分析 146

6.5.1不同磁场模型的模拟结果 146

6.5.2油膜区磁场分布 147

6.5.3螺线管电流对磁场大小的影响 149

7磁流体润滑油膜的黏度特性 151

7.1磁流体黏度特性 151

7.1.1无磁场作用时磁流体的黏度方程 151

7.1.2外磁场作用时磁流体黏度方程 152

7.2磁流体黏度测试 153

7.2.1测试装置 153

7.2.2测试原理及方法 154

7.3磁流体黏度分析 156

7.3.1无外加磁场作用时磁流体的黏度特性 156

7.3.2外加磁场作用时磁流体的黏度特性 157

7.3.3磁流体的温升特性 166

8磁流固多场耦合润滑油膜数值模拟 168

8.1有限元方法简介 168

8.1.1 ANSYS CFX软件概述 168

8.1.2 ANSYS参数化设计语言 169

8.1.3磁流体润滑油膜轴承油膜分析系统 169

8.2磁流体润滑油膜轴承系统建模 171

8.2.1油膜轴承几何模型 171

8.2.2油膜轴承有限元模型 173

8.3磁流体润滑油膜模拟 175

8.3.1传统润滑油模拟 177

8.3.2磁流体无磁场模拟 177

8.3.3磁流体有磁场模拟 179

8.3.4模拟结果对比分析 179

8.4磁流固多场耦合模拟 182

8.5铁磁流体润滑性能分析 186

8.5.1偏心率对轴承承载能力的影响 187

8.5.2磁感应强度对轴承承载能力的影响 188

8.5.3磁性微粒质量分数对轴承承载能力的影响 189

8.5.4入口压力对轴承承载能力的影响 189

8.5.5轧辊转速对轴承承载能力的影响 190

9磁流体润滑油膜轴承静动特性 192

9.1静动特性数学模型 192

9.1.1雷诺方程 192

9.1.2边界条件 193

9.1.3膜厚方程 194

9.1.4黏度方程 195

9.1.5静特性分析 195

9.1.6动特性分析 196

9.1.7稳定性分析 198

9.2静动特性数学模型的无量纲化 199

9.2.1雷诺方程的无量纲化 199

9.2.2膜厚与黏度方程的无量纲化 202

9.2.3磁场模型的无量纲化 202

9.2.4静特性的无量纲化 204

9.2.5动特性无量纲化 205

9.2.6稳定性分析 205

9.3静动特性的数值求解 205

9.3.1数值求解的相关参数 206

9.3.2数值求解计算流程图 206

9.3.3磁流体润滑模型静特性的数值求解 206

9.3.4磁流体润滑模型动特性的数值求解 211

参考文献 215