船舶柴油机滑动摩擦副微织构诱导空化效应模式的调控机理

The reduction of frictional lost for the sliding frictional pairs of marine diesel engine has significant meaning for shipping energy conservation. The rational design of the micro-texture on the frictional surface is an efficient way to reduce the friction between frictional pairs. Under fluid lubrication condition, the cavitation induced by the micro-texture can obviously reduce the friction through changing lubricating properties, so it is meaningful to conduct the researches on the regulating mechanism of cavitation induced by micro-texture. This application is applying for the theoretical and experimental research on the cavitation induced by micro-texture, and the research includes establishing theoretical and numerical simulating model, setting up an experimental system and evaluation method. The research aims to reveal the causes, mechanism of the cavitation induced by micro-texture, and to exhibit the influences of the texture parameters and working conditions on the patterns and properties of cavitation. Based on the research, the regulating mechanism and anti-friction principles of the cavitation patterns induced by micro-texture on sliding pairs of marine diesel engine is to be put forward, which can provide research foundation for anti-friction and energy conservation of other marine frictional pairs.

减小船舶柴油机滑动摩擦副的摩擦功耗损失对船舶节能具有重要意义，合理设计摩擦副表面的微织构能够有效减小滑动摩擦副间的摩擦力。流体润滑条件下，表面微织构诱导液体空化现象能改变摩擦副润滑特性而使摩擦力显著降低，因此开展对表面微织构诱导局部空化效应模式的调控机制的研究十分必要。本申请提出针对微织构表面诱导液体空化效应的理论和实验研究，包括建立理论和数值模拟模型、测量实验系统和评价方法，以揭示微织构表面液体空化效应的诱因和原理、摩擦副表面微织构和工作条件对空化效应模式和特征的影响，提出针对柴油机滑动摩擦副的基于表面微织构诱导空化效应模式的调控措施和减摩机理，为其他船舶装备摩擦副减摩和节能提供研究基础。

减小柴油机滑动摩擦副摩擦功耗对船舶节能具有重要意义。流体润滑下，表面微织构诱导液体空化能改变摩擦副润滑特性并显著降低摩擦，因此开展表面微织构诱导局部空化效应模式的调控机制研究十分必要。 .本基金完成了以下研究。.（1）分别搭建了平面-滑块、轴-轴承、往复运动摩擦副空化效应可视化实验系统和润滑油空化压力测定系统，形成微空化效应的实验评价方法；.（2）建立了平面-滑块和轴-轴承的二维、三维润滑数值模拟方法，并针对微凸体和微凹体织构表面微空化现象开展模拟和试验，获得表面微空化模式及发生机理； .（3）采用模拟和试验方法，分别研究非对称形状、特殊三维形貌微织构及微织构阵列对微空化模式影响规律和减摩原理，获得基于表面微空化模式的调控措施和减摩原理；.（4）针对柴油机的旋转和往复运动摩擦副，采用模拟和实验方法，研究了基于空化效应的滑动轴承、基于非对称织构的往复运动副以及基于弹性材料的摩擦副的润滑性能，为摩擦副表面优化设计提供理论和实验方法。.通过研究获得以下主要成果：.（1）提出微空化产生机理和控制方法。微织构诱导空化是一种重要流体承载机制；合理的织构形状、尺寸形貌和分布参数能通过改变涡流及压力分布，对微空化模式产生影响；增加低压区及高压区面积，有利于提升微流体动压效果；织构间的空化抑制及压力累加效应协同作用，使织构密度为10 %时润滑效果最佳。.（2）建立基于微织构表面诱导微空化效应模式的调控方法。提出了基于不对称形状及特殊三维形状微织构、复杂微织构阵列以及织构化弹性表面等微空化模式调控方法，实现空化模式可控；通过研究轴承表面微织构位置优化、往复运动副表面非对称织构形状优化，在入口和出口区域布置微织构、出口截面为90的非对称织构能够获得最佳润滑效果，获得表面织构优化设计有效理论和实验方法。