FVV-Berichte

Auszug

Das Projekt CFD-Gleitlager hatte gezeigt, dass mit einer dreidimensionalen Berechnung der Schmierspaltströmung die Kavitationsvorhersage für Radialgleitlager gegenüber zweidimensionalen Berechungsmethoden um 50 % verbessert werden kann. In einem Folgeprojekt wurde nun ein neu entwickeltes Substrukturmodell auf die Anforderungen instationär belasteter Radialgleitlager erweitert. Strömungseffekte, die die Wellenverlagerung hervorruft, sollten rechentechnisch abbildbar sein. Das erweiterte Substrukturmodell, das auf einem dreidimensionalen, zweiphasigen numerischen Modell basiert und dabei die Navier-Stokes-Gleichungen und die Rayleigh-Gleichung verwendet, wurde sorgfältig validiert. Die berechneten instationären Strömungsvorgänge wurden mit den Daten eines Strömungsexperiments abgeglichen und instationäre Kavitationsvorgänge mit Literaturdaten sowie erstmalig mit Filmsequenzen von der Dampfbildung in einer gleitlagerähnlichen Strömung überprüft. Die Erweiterungen des Substrukturmodells beziehen sich auf die Abbildung der Wellenverlagerung im Radialgleitlager. Mit dem neuen Modell können nun alle für Radialgleitlager in der Literatur beschriebenen Kavitationsformen simuliert werden. Strömungs- und Stoßkavitation, Austritts- und Saugkavitation werden exemplarisch berechnet und anhand von Literaturangaben qualitativ bestätigt. Am Beispiel der konstruktiven Gestaltung von Nutausläufen, hier kann auf Basis einer Parametervariation der kavitationsminimale Nutauslauf errechnet werden, wird die Leistungsfähigkeit dieser kombinierten Anwendung der 2-D-EHD- und 3-D-CFD-Substrukturmodelle dargestellt: Die hohe Aussagekraft in Bezug auf das Kavitationsrisiko wird mit moderatem Modellierungsaufwand und vertretbarer Rechenzeit erreicht. Gute Simulationsergebnisse sind immer abhängig von der richtigen Beschreibung der Vorgänge am Rand des Simulationsgebiets. Bei Gleitlagern fällt hier sofort der Blick auf den Lagerrand, wo ein derzeit noch wenig beschriebener Ölkragen die Lagerfüllung mit beeinflusst. Eine Untersuchung der Strömung im Ölkragen würde helfen, die Präzision beider Modelle zu verbessern.

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