Επίδραση του ηλεκτρικού πεδίου στην υδροδυναμική λίπανση μη σύμμορφων επιφανειών
| datacite.contributor.RelatedPerson | Σακελλαρίου, Ιωάννης | |
| datacite.contributor.RelatedPerson | Μητρονίκας, Επαμεινώνδας | |
| datacite.contributor.Supervisor | Νικολακόπουλος, Παντελής | |
| dc.contributor.author | Νακοπούλου, Καλλιόπη | |
| dc.contributor.other | Nakopoulou, Kalliopi | |
| dc.date.accessioned | 2026-10-16T05:53:51Z | |
| dc.date.available | 2026-10-16T05:53:51Z | |
| dc.date.issued | 2026-10-15 | |
| dc.degree | graduateThesis | |
| dc.description.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. | |
| dc.description.translatedabstract | The development of electric mobility in recent years has created a need for a deeper investigation of the behavior of mechanical components operating under the influence of electric fields. Rolling elements in electric motors are of particular interest, as they constitute one of their most important tribological components. Their operation can be simulated as a lubricated contact between non-conformal surfaces, where the thin lubricant film can act as a medium in which significant electric fields may develop. In this context, the present study investigates the combined hydrodynamic and electrical behavior of a non-conformal cylinder–flat surface contact. Initially, the existing literature and the theoretical background concerning lubricants and lubrication mechanisms are presented, with emphasis on hydrodynamic lubrication. Furthermore, the distribution of hydrodynamic pressure within the lubricant film and the development of cavitation phenomena are investigated, along with the electrical phenomena and associated problems that may arise in lubricated non-conformal contacts. Particular emphasis is placed on the variation of lubricant properties in the presence of liquid and vapor phases. For the numerical investigation of the problem, ANSYS Fluent is used to perform the hydrodynamic simulation of the cylinder–plate contact. The computational model accounts for the variation of lubricant density and viscosity, as well as the development of cavitation through the Singhal Full Cavitation Model. The hydrodynamic solution provides the required distributions of density, pressure, and vapor volume fraction. These results are subsequently utilized in MATLAB to calculate the relative dielectric constant of the lubricant and to numerically solve the electrostatic problem. The electrostatic solution provides the distributions of electric potential and electric field within the lubricant film. The maximum electric field strength is calculated as 6.965 MV/m, while the corresponding simple analytical estimate is 7 MV/m, resulting in a deviation of approximately 0.5%. Furthermore, the suitability of the electrostatic approach is confirmed. The results demonstrate the development of high electric field strengths in the region of minimum lubricant film thickness and provide a first approach to the investigation of the electrical behavior of lubricated non-conformal contacts. Finally, the proposed methodology can serve as a basis for future multiphysics studies combining the hydrodynamic, electrical, thermal, and mechanical behavior of the contact. | |
| dc.identifier.uri | https://hdl.handle.net/10889/33180 | |
| dc.language.iso | el | |
| dc.rights | Attribution-NonCommercial-ShareAlike 3.0 Greece | en |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/gr/ | |
| dc.subject | Υδροδυναμική λίπανση | |
| dc.subject | Μη σύμμορφη επαφή | |
| dc.subject | Σπηλαίωση | |
| dc.subject | Ηλεκτρικό πεδίο | |
| dc.subject | Διηλεκτρική σταθερά | |
| dc.subject | Αριθμητική προσομοίωση | |
| dc.subject.alternative | Hydrodynamic lubrication | |
| dc.subject.alternative | Non-conformal contact | |
| dc.subject.alternative | Cavitation | |
| dc.subject.alternative | Electric field | |
| dc.subject.alternative | Dielectric constant | |
| dc.subject.alternative | Numerical simulation | |
| dc.title | Επίδραση του ηλεκτρικού πεδίου στην υδροδυναμική λίπανση μη σύμμορφων επιφανειών | |
| dc.title.alternative | Effect of the electric field on the hydrodynamic lubrication of non-conformal surfaces |