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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