在科学研究和工程分析过程中,各种物理现象之间存在相互联系,纯粹的单场问题并不存在,而考虑多个物理场进行耦合分析比单独分析一个物理场要复杂。考虑温度场分布的流固耦合是多场耦合分析中常见的耦合问题。热流固耦合力学是热力学与传热学、流体力学与固体力学交叉而产生的一个力学分支,它包括热固耦合的传热问题、流固耦合的变形运动问题以及热流固三场耦合问题。热流固耦合力学的主要研究对象是流动的流体与固体之间传热效果,可变形的固体在流场作用下的各种行为以及固体的变形对流场影响的相互作用关系。热流固耦合力学的重要特征是两相介质之间的相互作用,变形固体在流体载荷作用下会产生变形或运动,变形或运动又反过来影响流体载荷,从而改变流体载荷的分布和大小,正是这种相互作用将在不同条件下产生形形色色的流固耦合现象[210]。
流固耦合问题需要求解的耦合方程的定义域同时有流体域与固体域,而未知变量含有描述流体现象的变量和描述固体现象的变量,流体域与固体域均不可单独求解,也无法显式地消去描述流体运动的独立变量及描述固体现象的独立变量。总的来说,流固耦合问题按其耦合机理可分为两大类:第一类问题的特征是耦合作用仅仅发生在两相交界面上,在方程式的耦合是由两相耦合面上的平衡及协调来引入;第二类问题的特征是两域部分或全部重叠在一起,难以明显地分开,使描述物理现象的方程,特别是本构方程需要针对具体的物理现象来建立,其耦合效应通过描述问题的微分方程来体现[211]。实际上流固耦合问题是场(温度场、流场与固体变形场),场间不相互重叠与渗透,其耦合作用通过界面力(包括多相流的相间作用力等)起作用,若场间相互重叠与渗透,其耦合作用通过建立不同于单相介质的本构方程等微分方程来实现。(www.daowen.com)
耦合问题求解时有两种方式,一是两场交叉迭代(基于单向耦合),二是直接全部同时求解(基于双向耦合)。对于高速重载机械压力机支承轴承而言,由于轴承变形相对较小,对流场影响也较小。因此,本章主要研究在油膜压力和温度的作用下,轴承的变形量和应力分布情况,属于单向流固耦合分析的范畴。
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