بررسی ترموهیدرودینامیکی یاتاقان ژورنال با ارائه مدل دو بعدی

نوع مقاله: مقاله مکانیک

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد دانشگاه صنعتی شیراز

2 عضو هیات علمی دانشگاه صنعتی شیراز

چکیده

یاتاقان های ژورنال در ماشین آلات صنعتی، که تحت بارگذاری سنگین و با سرعت بالا در حال دوران هستند مورد استفاده قرار می گیرند. یاتاقان های ژورنال دچار آسیب های حرارتی شدیدی می شوند به همین دلیل نیاز است که توزیع دقیقی از دمای آنها در دسترس باشد تا از این آسیب ها جلوگیری شود. در این پژوهش یک مدل دو بعدی برای یاتاقان ژورنال استوانه ای با تغذیه فشاری برای برآورد عملکرد حرارتی آن ارائه شده است. بدین منظور از شرط های مرزی دقیق و مناسبی در سطح تماس سیال روانساز با ژورنال و یاتاقان استفاده شده است و با یک آنالیز ترموهیدرودینامیکی معادلات حاکم بر جریان سیال و معادلات انتقال حرارت به صورت کوپل حل شده اند. همچنین در این بررسی جریان سیال روانساز آرام و به صورت گذرا در نظر گرفته شده است. نتایج حاصل از این مدل دو بعدی با داده های آزمایشگاهی مورد مقایسه قرار گرفته است. توزیع شار حرارتی ورودی از سیال روانساز به یاتاقان نیز که در مطالعات قبلی بیان نشده است برآورد گردیده است. نتایج نشان می دهد شار حرارتی انتقالی از سیال روانساز به یاتاقان با گذشت زمان در زوایایی که نزدیک به مجرای ورود سیال روانساز می باشد روندی صعودی و برای نقاط دور از آن روندی نزولی دارد. در انتها اثر پارامترهای مختلف نظیر سرعت چرخش ژورنال، جنس ژورنال، جنس یاتاقان و جنس سیال روانساز بر روی توزیع دما در سطح تماس سیال روانساز و یاتاقان و شار حرارتی ورودی از سیال روانساز به یاتاقان بررسی شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Thermo-hydro-dynamic investigation of journal bearing by a two dimensional model

نویسندگان [English]

  • Davoud Alibeyki 1
  • Reza Mehryar 2
1 M.Sc. student/ Shiraz University of Technology
2 faculty member/ Shiraz University of Technology
چکیده [English]

Journal bearings are widely used in industrial machinery, working under heavy loading and high rotating velocity. These bearings are interfered sometimes with sever thermal damages. So the prediction of their exact working temperature is necessary. In this research a two dimensional model of pressure fed cylindrical journal bearing is presented to investigate its thermal performance. For this purpose, precise and useful boundary conditions are defined at journal-fluid-bearing interfaces. A thermo-hydro-dynamic analysis is used such that the governing equations of fluid flow and heat transfer are solved simultaneously. The lubrication fluid flow is assumed to be laminar and the unsteady condition has been assumed in the current work. The results of this two dimensional model are compared with experimental data. The heat flux distribution on the fluid-bearing interface is presented in this paper which has not been observed previously in literature. The results show that temporal changes of heat flux entering to the bearing is increasing near the fluid entrance and decreasing at farther points. Finally, the effect of various parameters such as journal rotation speed, journal material, bearing material and lubrication material are investigated on the temperature distribution and heat flux.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Thermo-hydro-dynamic analysis
  • Heat flux
  • Two dimensional model
  • Journal Bearing
 
[1] Budynas, R., Nisbett  K. (2012). “Loose Leaf Version for Shigley's Mechanical Engineering Design”. McGraw-Hill: Education.
[2] Someya, T., Mitsui, J., Esaki, J., Saito, S., Kanemitsu, Y., Iwatsubo, T., Tanaka, M., Hisa, S., Fujikawa, T. (2013). “Journal-Bearing Databook”. Someya Edition, Springer Science & Business Media.
[3] Maekawa, K., Obikawa, T., Yamane, Y., Childs, T. H. C. (2003). “Mechanical Design ”.Butterworth-Heinemann.
[4] ‏ Choe, K. Y., On, S. Y., Song, S. A., Lim, J. W., You, J. I., Kim, S. S. (2015). “Study of the Endurance Performance of Composite Journal Bearings Under the Oil Cut Situation”. Composite Structures, Vol. 134, pp. 772–781.
[5] Boyce, M. P. (2011). “Gas turbine Engineering Handbook”. Elsevier.‏
[6] Kucinschi, B. R., Fillon, M., Fre, J., Pascovici, M. D. (2000). “A Transient Thermoelastohydrodynamic Study of Steadily Loaded Plain Journal Bearings Using Finite Element Method Analysis”. Journal of tribology, Vol. 122, pp. 219-226.
[7] Khonsari, M., Wang, S. (1992). “Notes on Transient THD Effects in a Llubricating Film”, Tribology      Transactions. Vol. 35, No. 1, pp. 177-183.
[8] Monmoussea, P.  u., Fillon, M., Frene, J. (1997). “Transient Thermoelastohydrodynamic Study of Tilting-Pad Journal Bearings—Comparison Between Experimental Data and Theoretical Results”. Journal of Tribology, Vol. 119, No. 3, pp. 401-407.
[9] Boncompain, R., Fillon, M., Frene, J. (1986). “Analysis of Thermal Effects in Hydrodynamic Bearings”. Journal of Tribology, Vol. 108, No. 2, pp. 219-224.
[10] Wang, X. L., Zhu, K. Q., Wen, S. Z. (2001). “Thermohydrodynamic Analysis of Journal Bearings Lubricated with Couple Stress Fluids”. Tribology International, Vol. 34, No. 5, pp. 335-343.
[11] FU, Y. L., Jun, Z. H. U. (2003). “A Transient Thermohydrodynamics Study of Plain Journal Bearings Using Newton–Raphson Method Analysis”. Chinese Journal of Aeronautics, Vol. 16, No. 4, pp. 233-240.
[12] Maneshian, B., Gandjalikhan Nassab, S. A. (2009). “Thermohydrodynamic Characteristics of Journal Bearings Running Under Turbulent Condition”. IJE Trans. A, Vol. 22, pp. 181-194.
[13] Vats, P., Sharma, B. C., Sharma, S. (2014). “Heat Transfer Through Journal Bearing: A Case Study”. IJRET: International Journal of Research in Engineering and Technology Eissn, Vol. 3, pp. 216-221.
[14] Kadam, K. R., Banwait, S. S., Laroiya, S. C. (2014). “The Influence of Modified Viscosity-Temperature Equation on Thermohydrodynamic Analysis of Plain Journal Bearing”. American Journal of Mechanical Engineering, Vol. 2, No. 6, pp. 169-177.
[15] Antunović, R.,  Halep, A.,  Bučko, M.M., Perić, S.R. (2017). “The Mathematical Model for Temperature Change of a Journal Bearing”. Tribology International, doi.org/10.2298/TSCI160713109A.
[16] Pascovici M. (1974). “Experimental Study of the Influence of Heat Transfer on the Temperature Distribution in a Lubricant Film”. Wear, Vol. 29, No. 1, pp. 59-67.
[17] Kucinschi, B., Fillon, M. (1999). “An Experimental Study of Transient Thermal Effects in a Plain Journal Bearing”.  Journal of tribology, Vol. 121, No. 2, pp. 327-332.
[18] Stachowiak, G., Batchelor, A. W. (2013). “Engineering Tribology”. Second edition, Butterworth-Heinemann.‏
[19] Bartz, W. J., Bassani, R., Briscoe, B., Czichos, H., Friedrich, K., Gane, N. (1978). “Tribology Series”. Elsevier Scientific Publishing Company.
[20] Ludema, K. C. (1996). “Friction, Wear, Lubrication: a Textbook in Tribology”. CRC press.‏
[21] Ettles, C., Heshmat, H., Brockwell, K. (1989). “Elapsed Time for the Decay of Thermal Transients in Fluid Film Bearing Assemblies”. Tribology Series, Vol. 14, pp. 229-235.
[22] Martin, F. A. (1998). “Oil Flow in Plain Steadily Loaded Journal Bearings: Realistic Predictions Using Rapid Techniques”. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part J: Journal of Engineering Tribology, Vol. 212, No. 6, pp. 413-425.
[23] Chauhan, A. (2014). “Circular Bearing Performance Parameters with Isothermal and Thermo-Hydrodynamic Approach Using Computational Fluid Dynamics”. International Journal of Research in Advent Technology, Vol. 2, No. 7, pp. 46-52.
[24] Bergman, T. L., Incropera, F. P., DeWitt, D. P., Lavine, A. S. (2011). “Fundamentals of Heat and Mass Transfer”. John Wiley & Sons.