Pesquisa sobre o efeito de cavitação da matriz microtexturizada

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 13455 (2022) Citar este artigo

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Neste artigo, os parâmetros de textura da superfície e padrões de distribuição são estudados por simulação numérica e experimento. Primeiro, um modelo tridimensional de lubrificação de fluido CFD microtexturizado com efeito de cavitação é estabelecido, e diferentes matrizes de textura são projetadas para estudar a influência de diferentes modos de distribuição na capacidade de suporte, coeficiente de atrito e distribuição de pressão do filme de óleo. Em seguida, os resultados da simulação são analisados ​​​​e verificados pela plataforma experimental do slider de plano visualizado e as regras de formação de bolhas de cavitação na matriz microtexturizada, bem como as influências da forma da superfície e diferentes modos de distribuição da microtextura. matriz nas bolhas de cavitação são discutidas. Os resultados mostram que a existência de cavitação é um dos principais motivos para a microtextura aumentar a capacidade de suporte do filme de óleo, o que não pode ser ignorado no estudo de simulação. A matriz de textura com orientação simétrica única é a melhor para melhorar a capacidade de suporte do filme de óleo, e o desempenho do rolamento é melhor quando o ângulo de inclinação da textura é de 26,6°. a amostra não texturizada. Os resultados do experimento são consistentes com a simulação.

A texturização de superfície, que geralmente utiliza uma tecnologia de processamento específica para preparar a microestrutura com um determinado tamanho, forma e disposição na superfície do par de fricção, pode ser aplicada para melhorar o desempenho da lubrificação hidrodinâmica de componentes mecânicos1. A textura da superfície com um design razoável pode oferecer melhorias significativas Sob condições de lubrificação fluida, o efeito de cavitação2,3,4 induzido pela textura pode aumentar significativamente a capacidade de suporte5,6 do par de fricção. Portanto, a pesquisa teórica e experimental sobre o efeito de cavitação induzida por textura é muito importante para melhorar a lubrificação7,8,9 de peças mecânicas e reduzir o consumo de energia10.

Os parâmetros geométricos da microtextura são os principais fatores que afetam o desempenho da lubrificação hidrodinâmica da textura da superfície. Um dimensionamento adequado dos parâmetros geométricos pode fazer com que a superfície texturizada exiba o desempenho ideal de lubrificação e redução do atrito11,12. Wang et al.13 fabricaram microtexturas circulares na superfície do mancal de impulso por ataque de íons reativos e conduziram uma série de estudos experimentais sobre a capacidade de carga de micropoços com diferentes tamanhos, profundidades e densidades sob condições de lubrificação com água. Yu et al.14 investigaram o efeito de diferentes formatos de cavidades (circulares, triangulares e elípticas) e a direção do arranjo das texturas na distribuição de pressão. Enquanto Nanbu et al.15 focaram na otimização da topografia da superfície inferior das crateras. Wang et al.16 projetaram a textura da superfície de SiC com diferentes modos de distribuição, e os resultados mostram que a textura mista pode melhorar a capacidade de carga da cerâmica de SiC mais do que a textura de um único tamanho. Shen et al.17 propuseram um método numérico de otimização de textura baseado no algoritmo SQP.

Em termos de estudos de simulação numérica, Siripuram e Stephens18 realizaram análises numéricas para diferentes formas de crateras e tramas de corpos convexos. Caramia et al.19 resolveram a análise de desempenho de lubrificação de superfície de microtextura da equação de Reynolds e a equação NS para o microloom, respectivamente, e em comparação descobriram que a força inercial tem um efeito significativo no efeito da pressão dinâmica do microloom e é um importante causa do fluido Liu et al.20 estabeleceram um modelo bidimensional de microtextura assimétrica e estudaram a influência do ângulo de inclinação de saída da textura na distribuição da pressão do fluido, forma do campo de fluxo, capacidade de suporte da parede superior e coeficiente de atrito no área texturizada. Jiang et al.21 usaram o ANSYS Fluent para estabelecer um modelo numérico do campo de fluxo tridimensional de um selo mecânico com um tear elíptico. A dificuldade de resolver a equação NS foi bastante reduzida devido à atual melhoria no desempenho do computador e à popularidade dos códigos CFD comerciais baseados na equação NS22. Portanto, tornou-se uma tendência inevitável usar a equação NS para resolver o modelo de lubrificação por tecelagem considerando o efeito da cavitação.