[发明专利]基于OpenFOAM的气体静压轴承气膜压力场分布仿真方法

权利要求书

1.基于OpenFOAM的气体静压轴承压力场分布仿真方法，包括以下步骤：

1)建立气体静压轴承气体流动域的三维模型，生成精细化网格，将网格导入到OpenFOAM中，并建立合适的湍流模型；

2)设置边界条件、壁面函数和计算参数；

3)建立可压缩稳态求解器(rhoSimpleFoam)的控制方程，选择求解器算法，方程的离散形式以及矩阵的求解方式，对方程组进行分离式求解；

4)进行可压缩稳态计算，获得气体静压轴承压力场分布特性。

2.如权利要求1所述的一种基于OpenFOAM的气体静压轴承压力场分布仿真方法，其特征在于：步骤1)所述轴承气膜间隙的大小为10～25μm。

3.如权利要求1所述的基于OpenFOAM的气体静压轴承压力场分布仿真方法，其特征在于：步骤1)所述的湍流模型为SSTK-ω模型。

4.如权利要求1所述的基于OpenFOAM的气体静压轴承压力场分布仿真方法，其特征在于：步骤2)所述边界类型设置，出入口均为patch类型，其余壁面设为wall类型即可，入口和出口均采用压力边界条件。

5.如权利要求1所述的基于OpenFOAM的气体静压轴承压力场分布仿真方法，其特征在于：步骤2)所述设置壁面函数设置，对于不同参数采用不同的壁面函数类型，使得在近壁面位置的数值计算具有更高的精度以及更好的收敛性。

6.如权利要求1所述的基于OpenFOAM的气体静压轴承压力场分布仿真方法，其特征在于：步骤3)建立控制方程的通用形式：

其中为对流项，为拉普拉斯项，分别采用合适的离散形式，以及考虑是否加入非正交网格修正方法。同时还要对速度梯度U、湍动能k以及湍动能比耗散率ω选择合适的离散方法；

步骤3)建立可压缩稳态所需求解质量方程、动量方程以及状态方程分别为：

p＝ρRT (3)

以上三个方程可用于迭代求解三个未知量：速度、压力、密度。对于定常流动，选择SIMPLE算法，保留压力梯度项(不离散)，舍去时间导数项(定常计算)。其中，对于方程(1)，由于其并不包含时间项，因此在求解过程中并不存在对质量方程的求解。首先对方程(2)通过高斯定理进行对速度U的离散，组建速度方程，再经过中心线性插值格式变换后，最后整理可得到：

其中，分别代表当前网格点与相邻网格点的离散系数，求解方程(4)即可获得速度

在下一个迭代步，速度、密度以及压力需要满足连续性方程，因此需要对相应的量进行修正，对公式(1)进行离散修正后得到：

其中，求解方程(5)获得压力pⁿ⁺¹，再通过状态方程(3)求解密度ρ。

7.如权利要求1所述的基于OpenFOAM的气体静压轴承压力场分布仿真方法，其特征在于：步骤4)基于OpenFOAM平台开发的可压缩稳态求解器，进行定常可压缩流动数值计算，从而得到气体静压轴承气膜压力场分布特性。