Modellierung hydrodynamischer Gleitlager unter dem Einfluss von Gaskavitation

Von:

Sören Wettmarshausen

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Die vorliegende Arbeit analysiert den Einfluss und die Modellierung mehrphasiger Strömungen in Gleitlagern am Beispiel eines großen Offset-Halves-Lagers. Dazu wird ein numerisches Modell eines experimentell untersuchten Prüflagers entwickelt, das neben nichtisothermen Effekten auch Kavitation, Turbulenz und Deformation berücksichtigt. Ein neu entwickeltes Messverfahren ermöglichte erstmalig die Messung der Ölverteilung im Schmierfilm. Die Messergebnisse zeigen deutliche Abweichungen in der Ausbildung von Kavitationsbereichen zu den Vorhersagen der klassischen Schmierfilmtheorie. Für die Diskretisierung von Reynolds- und Schmierfilm-Energiegleichung wird ein Verfahren auf unstrukturierten Gittern entwickelt. Die Ergebnisse zeigen, dass die Segmentzwischenräume selbst bei geringer Tiefe nahezu ungefüllt sind und keinen wesentlichen Beitrag zur gesamten Verlustleistung liefern. Während die klassische Schmierfilmtheorie Kavitation nur im divergenten Spalt vorhersagt, wurde diese auch im konvergenten Spalt gemessen. Ein Modellvergleich mit verschiedenen Kavitationsmodellen zeigt eine gute Übereinstimmung mit den Messdaten für die Ölverteilung im Schmierfilm durch Verwendung eines mehrphasigen Fluidmodells mit nichtkondensierbarem Gas. Weiterhin wurde ein dynamischer Druckabfall hinter der Ölzuführung festgestellt. Dieser bewirkt eine Expansion des Gases und somit die Ausbildung der beobachteten Kavitäten. Ein Modell für Gaskavitation zeigt eine zu geringe Menge an freiem Gas. Dies legt nahe, dass es sich bei der im stationären Betrieb auftretende Kavitation im Wesentlichen um Pseudokavitation handelt, da sich resorbiertes Gas mit der Zeit im Schmieröl akkumuliert und eine erneute Absorption vernachlässigbar ist.