Επίδραση του ηλεκτρικού πεδίου στην υδροδυναμική λίπανση μη σύμμορφων επιφανειών
Loading...
Date
2026-10-15
Authors
Νακοπούλου, Καλλιόπη
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Η ανάπτυξη της ηλεκτροκίνησης τα τελευταία χρόνια έχει δημιουργήσει την ανάγκη για βαθύτερη διερεύνηση της συμπεριφοράς των μηχανικών εξαρτημάτων που λειτουργούν υπό την επίδραση ηλεκτρικών πεδίων. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζουν τα στοιχεία κύλισης των ηλεκτροκινητήρων καθώς αποτελούν ένα από τα σημαντικότερα τριβολογικά μέρη τους. Αυτά μπορούν να προσομοιωθούν ως μία λιπαινόμενη επαφή μη σύμμορφων επιφανειών, όπου το λεπτό λιπαντικό film μπορεί να αποτελέσει το μέσο ανάπτυξης σημαντικών ηλεκτρικών πεδίων. Στο πλαίσιο αυτό, η παρούσα εργασία εξετάζει τη συνδυασμένη υδροδυναμική και ηλεκτρική συμπεριφορά μιας μη σύμμορφης επαφής κυλίνδρου-επίπεδης επιφάνειας. Αρχικά, παρουσιάζεται η μέχρι τώρα βιβλιογραφική έρευνα και το θεωρητικό υπόβαθρο που αφορά τα λιπαντικά μέσα και τους μηχανισμούς λίπανσης, με έμφαση στην υδροδυναμική λίπανση. Παράλληλα, εξετάζεται η κατανομή της υδροδυναμικής πίεσης στο λιπαντικό film και η ανάπτυξη φαινομένων σπηλαίωσης, καθώς και τα ηλεκτρικά φαινόμενα αλλά και προβλήματα που μπορούν να εμφανιστούν σε λιπαινόμενες μη σύμμορφες επαφές. Ιδιαίτερη αναφορά γίνεται στη μεταβολή των ιδιοτήτων του λιπαντικού κατά την παρουσία υγρής και ατμώδους φάσης. Για την αριθμητική διερεύνηση του προβλήματος χρησιμοποιείται το ANSYS Fluent, μέσω του οποίου πραγματοποιείται η υδροδυναμική προσομοίωση της επαφής κυλίνδρου-πλάκας. Στο υπολογιστικό μοντέλο λαμβάνονται υπόψη η μεταβολή της πυκνότητας και του ιξώδους του λιπαντικού, καθώς και η ανάπτυξη σπηλαίωσης μέσω του Singhal Full Cavitation Model. Από την υδροδυναμική επίλυση εξάγονται οι απαραίτητες κατανομές της πυκνότητας, της πίεσης και του κλάσματος όγκου της ατμώδους φάσης. Στη συνέχεια, τα αποτελέσματα αυτά αξιοποιούνται στο MATLAB για τον υπολογισμό της σχετικής διηλεκτρικής σταθεράς του λιπαντικού και την αριθμητική επίλυση του ηλεκτροστατικού προβλήματος. Από την ηλεκτροστατική επίλυση προκύπτει η κατανομή του ηλεκτρικού δυναμικού και του ηλεκτρικού πεδίου στην περιοχή του λιπαντικού film. Η μέγιστη ένταση του ηλεκτρικού πεδίου υπολογίζεται ίση με 6,965 MV/m, ενώ η αντίστοιχη απλή αναλυτική εκτίμηση ανέρχεται σε 7 MV/m, παρουσιάζοντας απόκλιση περίπου 0,5%. Παράλληλα, επιβεβαιώνεται η καταλληλότητα της ηλεκτροστατικής προσέγγισης για τα εξεταζόμενα χρονικά και χωρικά μεγέθη. Τα αποτελέσματα αναδεικνύουν την ανάπτυξη υψηλών ηλεκτρικών πεδίων στην περιοχή του ελάχιστου πάχους του λιπαντικού film και αποτελούν μία πρώτη προσέγγιση για τη μελέτη της ηλεκτρικής συμπεριφοράς μη σύμμορφων λιπαινόμενων επαφών. Τέλος, η συγκεκριμένη μεθοδολογία μπορεί να αποτελέσει βάση για μελλοντικές πολυφυσικές μελέτες, στις οποίες θα συνδυάζονται η υδροδυναμική, η ηλεκτρική, η θερμική και η μηχανική συμπεριφορά της επαφής.
Description
Keywords
Υδροδυναμική λίπανση, Μη σύμμορφη επαφή, Σπηλαίωση, Ηλεκτρικό πεδίο, Διηλεκτρική σταθερά, Αριθμητική προσομοίωση