Investigación sobre el efecto de cavitación de matriz microtexturizada

Scientific Reports volumen 12, Número de artículo: 13455 (2022) Citar este artículo

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En este documento, los parámetros de textura de la superficie y los patrones de distribución se estudian mediante simulación numérica y experimentación. En primer lugar, se establece un modelo de lubricación de fluido CFD microtexturizado tridimensional con efecto de cavitación, y se diseñan diferentes matrices de texturas para estudiar la influencia de los diferentes modos de distribución en la capacidad de carga, el coeficiente de fricción y la distribución de presión de la película de aceite. Luego, los resultados de la simulación se analizan y verifican más a fondo mediante la plataforma experimental del control deslizante del plano visualizado, y las reglas de formación de burbujas de cavitación en la matriz microtexturizada, así como las influencias de la forma de la superficie y los diferentes modos de distribución de la matriz microtexturizada. Se discute la matriz en las burbujas de cavitación. Los resultados muestran que la existencia de cavitación es una de las principales razones por las que la microtextura aumenta la capacidad portante de la película de aceite, lo que no puede ser ignorado en el estudio de simulación. La matriz de textura con orientación simétrica única es la mejor para mejorar la capacidad de carga de la película de aceite, y el rendimiento del rodamiento es mejor cuando el ángulo de inclinación de la textura es de 26,6°. la muestra no texturizada. Los resultados del experimento son consistentes con la simulación.

El texturizado superficial, que generalmente usa una tecnología de procesamiento específica para preparar la microestructura con un tamaño, forma y disposición determinados en la superficie del par de fricción, se puede aplicar para mejorar el rendimiento de lubricación hidrodinámica de los componentes mecánicos1. La textura de la superficie con un diseño razonable puede ofrecer una mejora significativa En condiciones de lubricación fluida, el efecto de cavitación2,3,4 inducido por la textura puede aumentar significativamente la capacidad de carga5,6 del par de fricción. Por lo tanto, la investigación teórica y experimental sobre el efecto de cavitación inducida por la textura es muy importante para mejorar la lubricación7,8,9 de las piezas mecánicas y reducir el consumo de energía10.

Los parámetros geométricos de la microtextura son los principales factores que afectan el desempeño de la lubricación hidrodinámica de la textura superficial. Un diseño adecuado de los parámetros geométricos puede hacer que la superficie texturizada muestre el rendimiento óptimo de lubricación y reducción de la fricción11,12. Wang et al.13 fabricaron microtexturas circulares en la superficie de apoyo de empuje mediante grabado con iones reactivos y realizaron una serie de estudios experimentales sobre la capacidad de carga de micropozos con diferentes tamaños, profundidades y densidades en condiciones de lubricación con agua. Yu et al.14 investigaron el efecto de diferentes formas de hoyuelos (circulares, triangulares y elípticas) y la dirección de disposición de las texturas en la distribución de la presión. Mientras que Nanbu et al.15 se centraron en la optimización de la topografía de la superficie inferior de los cráteres. Wang et al.16 diseñaron la textura superficial de la superficie de SiC con diferentes modos de distribución, y los resultados muestran que la textura mixta puede mejorar la capacidad de carga de las cerámicas de SiC más que la textura de un solo tamaño. Shen et al.17 propusieron un método numérico de optimización de texturas basado en el algoritmo SQP.

En términos de estudios de simulación numérica, Siripuram y Stephens18 realizaron análisis numéricos para diferentes formas de cráteres y ondulaciones de cuerpos convexos. Caramia et al.19 resolvieron el análisis del rendimiento de la lubricación superficial de la microtextura de la ecuación de Reynolds y la ecuación NS para el microtejido respectivamente, y en comparación encontraron que la fuerza de inercia tiene un efecto significativo en el efecto de presión dinámica del microtejido y es un importante causa del fluido Liu et al.20 establecieron un modelo bidimensional de microtextura asimétrica y estudiaron la influencia del ángulo de inclinación de salida de la textura en la distribución de la presión del fluido, la forma del campo de flujo, la capacidad portante de la pared superior y el coeficiente de fricción en el zona texturizada. Jiang et al.21 utilizaron ANSYS Fluent para establecer un modelo numérico del campo de flujo tridimensional de un sello mecánico con un telar elíptico. La dificultad de resolver la ecuación NS se ha reducido considerablemente debido a la mejora actual en el rendimiento de las computadoras y la popularidad de los códigos CFD comerciales basados en la ecuación NS22. Por lo tanto, se ha convertido en una tendencia inevitable utilizar la ecuación NS para resolver el modelo de lubricación del tejido considerando el efecto de cavitación.

Para los experimentos de cavitación de tejido superficial, se necesita un banco de visualización para observar directamente el fenómeno de cavitación23,24 y estudiar el mecanismo de formación. Qiu et al.25 observaron experimentalmente el fenómeno de la cavitación de los cráteres superficiales en los cojinetes de empuje, estudiaron el efecto de la velocidad en el efecto de la cavitación y sugirieron que la velocidad puede afectar la presión de la cavitación. Reiner Wahl et al.26 utilizaron experimentos de pin-disco para observar el fenómeno de cavitación inducida por la superficie del tejido del surco de malla, encontró que las burbujas existían como pequeñas colas en el extremo aguas abajo del cuerpo convexo o alrededor de los lados del cuerpo convexo, y descubrió que se debe alcanzar una cierta velocidad para que ocurra la cavitación. Bai et al.27 investigaron el proceso de crecimiento transitorio del fenómeno de cavitación generado por lubricante inducido por microtejido en la superficie de un cojinete de empuje y encontraron que las burbujas en la región de cavitación aumentaron con el aumento del tiempo de ejecución y alcanzaron gradualmente un estado estable, que implica que se requiere un período de transición para alcanzar el equilibrio. También se concluye que el aire precipitado del lubricante es el principal componente de las burbujas de cavitación y la evaporación del lubricante tiene poco efecto.

En resumen, la literatura anterior tiene menos investigación sobre el efecto de la sinergia entre las matrices de tejido, y se han establecido pocos modelos CFD tridimensionales considerando la cavitación, y la morfología de la matriz de tejido es relativamente única. En segundo lugar, en términos de experimentos sobre la cavitación inducida de matrices tejidas, los experimentos relacionados con el modo de distribución de matrices tejidas también están menos involucrados en la literatura.

El propósito de este estudio es explorar cómo la matriz microtexturizada regula la aparición de cavitación. La sección "Resultado" describe el establecimiento, la solución y el análisis del modelo de matriz microtexturizada. Teniendo en cuenta el efecto de cavitación, se lleva a cabo una simulación numérica tridimensional de la microtextura de la superficie utilizando el software ANSYS-Fluent para estudiar la influencia de los modos de distribución de la textura en el rendimiento de la lubricación. Para verificar la racionalidad de los resultados de la simulación, los experimentos correspondientes se llevan a cabo mediante una plataforma deslizante de plano visual para analizar la formación de burbujas de cavitación. Los detalles experimentales, el análisis y los resultados se presentan en las secciones "Discusión" y "Conclusiones". Finalmente, las conclusiones se ofrecen en la última sección.

Al estudiar la influencia de la microtextura en el efecto de lubricación del fluido, la mayoría de los estudiosos eligen simular el campo de flujo de una sola textura, pero ignoran la influencia mutua entre las texturas. La relación de cooperación entre la textura aún no está clara, lo que merece un mayor estudio. Por lo tanto, este estudio establece un modelo de matriz de microtextura de 4 × 4 como se muestra en la Fig. 1 para el análisis de cálculo de simulación. En primer lugar, el modelo de matriz de microtextura 4 × 4 puede analizar mejor la ley de variación de su presión, capacidad de carga y fuerza de fricción en las direcciones horizontal y vertical. En segundo lugar, seleccionar un modelo de matriz de microtextura de 4 × 4 puede realizar mejor los cálculos de simulación. Un diseño estructural demasiado complejo conducirá a un fuerte aumento en la cantidad de cálculo, lo que no es propicio para el análisis de datos.

Cinco tipos de diseño de matriz de microtextura 4 × 4.

En este estudio, se adopta el solucionador tridimensional de doble precisión ANSYS-Fluent para el cálculo de simulación y el modelo de turbulencia k-ε. La simulación de cavitación utiliza el modelo de flujo multifásico Mixture y el modelo de cavitación de Schnerr-Sauer. El acoplamiento de presión-velocidad utiliza el método acoplado, el término de momento y el término de energía se seleccionan como rápidos, el término de presión está en PRESTO! y el factor de convergencia es 1 × 10−5. Para facilitar el cálculo, el resto de condiciones se eligen como Predeterminadas. El proceso de solución incluye principalmente el establecimiento del modelo geométrico y el mallado, el establecimiento de las condiciones de contorno, los parámetros físicos y el método de solución, y el análisis de posprocesamiento con el software Tecplot. Los parámetros físicos utilizados en la simulación se muestran en la Tabla 1.

Para comparar los efectos de diferentes modelos de textura en el rendimiento de lubricación, se seleccionan la capacidad de carga adimensional, la fricción adimensional y el coeficiente de fricción f para caracterizar el rendimiento de lubricación del par de fricción:

En la fórmula, Fy es la capacidad de carga normal, p(x, z) es la distribución de presión en la pared superior, F0 es la fuerza de referencia, p0 es la presión atmosférica, Fx es la fuerza de fricción tangencial y τ′ es la Fuerza de corte.

En la sección , con el fin de verificar la ocurrencia y el comportamiento de la cavitación inducida por la matriz microtexturizada, se realizó la prueba de lubricación y la observación de muestras de textura en un tribómetro visual de fabricación propia.

La figura 2 muestra un diagrama esquemático de los tribotesters planos visuales. La muestra superior se aprieta con la abrazadera (9), y la muestra inferior se conecta a la unidad giratoria que es impulsada por un motor paso a paso, y se agrega aceite lubricante entre las muestras. La carga vertical se aplica a la barra de soporte mediante el volante de carga (6). El sensor de presión 7 mide la fuerza de carga y el sensor de presión 2 mide la fuerza de fricción. Se usa un microscopio para observar a través de la muestra de vidrio (10) desde abajo y para tomar una imagen de cavitación. En este experimento, para para facilitar la preparación y observación, la muestra superior es de latón; y está diseñado en forma cilíndrica de sección rectangular de 1,2 mm × 2,0 mm para facilitar su instalación y emparejamiento con la muestra inferior.

Dibujo de montaje de muestra y accesorio.

En este experimento se utiliza como lubricante el aceite lubricante Castrol 5 W-40. La viscosidad cinemática es de 86 mm2/s (40 ℃) y 13,7 mm2/s (100 °C) respectivamente, y su densidad a temperatura ambiente (25 °C) es de 0,856 g/cm2. El experimento se realiza a temperatura ambiente, la viscosidad dinámica del aceite lubricante a temperatura ambiente es de 0,0933 Pa·s. Antes del experimento, se agrega suficiente aceite lubricante en el tanque de aceite del disco giratorio y la muestra texturizada se sumerge en el aceite lubricante. El tribómetro debe funcionar sin carga, a baja velocidad y con suficiente lubricación durante un período de tiempo, de modo que una pequeña cantidad de aire almacenado en el pozo de textura pueda salir con el aceite lubricante. Cuando no haya más burbujas en la textura, detenga la unidad giratoria, restablezca la carga de prueba, la velocidad y otros parámetros, y reinicie la unidad giratoria para una prueba formal. Los resultados finales de la prueba se obtienen midiendo la fricción y otros parámetros relacionados en condiciones estables, y monitoreando y fotografiando las imágenes de cavitación de la superficie de fricción en tiempo real a través de un sistema de adquisición de imágenes.

La figura 3a muestra la capacidad portante adimensional de un arreglo de texturas de diferentes formas a una velocidad de 6 m/s, el espécimen con un arreglo de texturas en paralelogramo tiene la capacidad de carga máxima. La figura 4 muestra la distribución de presión en la pared superior de la matriz de texturas con diferentes formas. De la Fig. 4a,b, se puede concluir que debido al papel de confluencia de las texturas, la presión máxima de la matriz de texturas trapezoidales convergentes es mayor que la de la matriz de texturas trapezoidales divergentes, pero el área de la zona de refuerzo es mucho más pequeña. que la de la matriz de texturas trapezoidales divergentes, lo que eventualmente conduce a una capacidad de carga total más baja para la muestra con una matriz de texturas trapezoidales convergentes. La razón es que para la matriz de texturas se debe considerar la influencia mutua de las texturas adyacentes perpendiculares a la dirección del movimiento. Por lo tanto, se puede concluir de la Fig. 4c, d que la presión más alta de la textura de la matriz de diamantes es mayor que la del paralelogramo, pero el área del pico de alta presión y el área de cavitación de baja presión del paralelogramo se han desplazado. Por lo tanto, se reduce la inhibición entre las microtexturas delantera y trasera, y se mejora la capacidad de carga general, que es mejor que la de la matriz de textura rómbica, que es la misma que el resultado de la simulación de una sola textura.

Capacidades de carga adimensionales.

Distribución de presión.

Como se muestra en la Fig. 3b, se compara la capacidad de carga adimensional de cinco patrones de distribución diferentes de matrices microtexturizadas a una velocidad de 6 m/s. En la figura, se puede ver en la figura que el modo de coincidencia entre el micro- texturas tiene una influencia más fuerte en el campo de flujo y el campo de presión en la simulación numérica que simplemente cambiar la forma de las texturas.

La figura 4e-h muestra la distribución de presión de la matriz cuadrada microtexturizada y las tres matrices de patrones diferentes. Diferentes patrones de matrices de texturas de paralelogramos no solo cambiarán el campo de presión del dominio fluido sino que también afectarán el campo de flujo. En el diagrama de líneas de corriente de la matriz de texturas cuadradas, se puede ver que las líneas de corriente están solo parcialmente dobladas cerca de la entrada y salida de la textura, y las texturas adyacentes no afectarán sus respectivos campos de flujo. En las matrices de textura simétrica simple y simétrica por pares, la inclinación de la textura del paralelogramo hace que el campo de flujo parezca un efecto de confluencia obvio, lo que conduce a la producción de una mayor presión de la película de aceite. Las líneas de corriente en la matriz de texturas con una sola orientación obviamente están inclinadas, pero no hay efecto de confluencia, y el flujo lateral del fluido provocará la disipación de energía, debilitará el efecto de presión dinámica de la textura y la convertirá en la capacidad de carga más baja. Similar a la textura de paralelogramo en la simulación de una sola textura, las matrices de textura de otros patrones de distribución diferentes también tienen el efecto de reducir el efecto de supresión entre las texturas frontal y posterior, debido al área de pico de alta presión y la cavitación de baja presión. el área se ha desplazado. El área de alta presión de la salida puede extenderse mejor en la dirección del flujo de fluido.

La figura 5a muestra la distribución de presión de la matriz de texturas con una orientación de simetría única. Como se muestra en la Fig. 5b, en una matriz de textura de orientación de simetría simple, a medida que aumenta el ángulo de inclinación, la presión en la línea central e de la pared superior aumenta significativamente. Con el aumento del ángulo de inclinación de la microtextura, la zona de presurización de salida de la segunda y tercera fila de microtextura estará más cerca, lo que mejora la presión de la película de aceite. Sin embargo, si el ángulo de inclinación de la microtextura es demasiado grande, reducirá el rango de la zona presurizada y afectará la presión de la película de aceite.

Distribución de presión con diferentes ángulos de inclinación.

La figura 5c muestra la distribución de presión de una matriz de textura de orientación multisimétrica. Como se muestra en la Fig. 5d, la presión de la película de aceite en la línea recta f entre la primera y la segunda fila de texturas aumentará gradualmente a medida que aumenta el ángulo de inclinación. Además, se puede ver en la Fig. 5e que el aumento en el ángulo de inclinación de las texturas reducirá la presión sobre la línea central g de la superficie de la pared superior.

La figura 5f muestra la distribución de presión en la pared superior de la matriz texturizada con una única orientación cuando el ángulo de inclinación es de 45°. Se puede concluir que una matriz de texturas con una sola orientación no puede hacer converger la presión. Tome la línea recta h a la salida de la tercera fila de texturas para analizar la distribución de presión, como se muestra en la Fig. 5g. A medida que aumenta el ángulo de inclinación, el pico de presión a la salida de la textura de paralelogramo cambia a la dirección de inclinación, y la presión también se reduce en consecuencia al mismo tiempo. Por lo tanto, se cree que la matriz microtexturizada de paralelogramo con orientación única no tiene efecto en la mejora de la capacidad de carga en comparación con una textura cuadrada, y cuanto mayor sea el ángulo de inclinación, y el aumento del ángulo de inclinación debilitará el efecto de presión dinámica de la textura.

En 28, la existencia de corrientes de Foucault se encontró analizando el campo de velocidad, y se dio la siguiente explicación: el aumento de la profundidad de los microhoyuelos aumentará el efecto de cuña y mejorará el rendimiento de la presión hidrodinámica, pero por otro lado, El fenómeno de las corrientes de Foucault conducirá a la disipación de energía, lo que afectará la capacidad de carga hidrodinámica. Por lo tanto, habrá un valor óptimo para la profundidad de la textura, de modo que el rendimiento de soporte de presión dinámica de la unidad de micro-pozos sea el más fuerte. Esto indica que el debilitamiento del rendimiento hidrodinámico con el aumento de la profundidad de la textura se debe a la combinación efecto de la reducción de la zona de cavitación y el aumento de la zona de vórtice.

La figura 6a muestra la capacidad de carga adimensional de la matriz de textura cuadrada y tres matrices de textura de paralelogramo con una inclinación de 26,6°. Con el aumento de la velocidad, la capacidad de carga adimensional de todas las matrices de patrones de textura aumenta gradualmente, y la diferencia en el rendimiento de los rodamientos entre diferentes matrices de patrones es obvia. Dentro del rango de velocidad estudiado en este documento, la capacidad de carga de la matriz de textura de orientación simétrica simple es siempre la mejor.

Capacidad de carga.

La Figura 6b–f muestra la capacidad de carga adimensional de una matriz de texturas orientada asimétricamente con diferentes ángulos de inclinación en diferentes condiciones de velocidad. En la figura se puede ver que, en diversas condiciones de velocidad, la matriz de orientación asimétrica tiene un ángulo de inclinación óptimo para hacer que la matriz adimensional capacidad de carga la más alta. A medida que aumenta la velocidad, el ángulo de inclinación óptimo tiende a aumentar. Cuando la velocidad es de 18 m/s, el ángulo de inclinación óptimo de la matriz asimétrica aumenta de 26,6° a 36,9°. Esto se debe a que el aumento de la velocidad aumentará la supresión del efecto de presión dinámica entre las texturas delantera y trasera, y cuanto mayor sea el ángulo de inclinación del paralelogramo, más propicio para escalonar la zona de baja presión en la entrada de la textura y la zona de pico de alta presión a la salida en la dirección del flujo. La zona de alta presión de la salida de textura se extiende hacia atrás en la dirección del flujo, aumentando así el alcance de la zona de alta presión.

La interacción entre las texturas puede cambiar en mayor medida la distribución de la presión y el campo de flujo del dominio del fluido, que es la razón principal del agravamiento de la cavitación. La diferente profundidad, disposición, ángulo, forma y otros factores de la microtextura cambiarán su distribución de presión y campo de flujo.

En 17, la cavitación del aceite lubricante se considera dividida en cavitación de gas y cavitación de vapor. Por lo general, los aceites lubricantes contienen aire disuelto con una presión de saturación a niveles atmosféricos. Cuando la presión del líquido local es menor que la presión de saturación, el gas disuelto escapará de la solución, formando una cavidad de aire. Si la presión del líquido continúa disminuyendo hasta la presión del vapor, el aceite lubricante puede hervir a temperatura ambiente y formar cavitación de vapor. Por lo tanto, para explorar más a fondo el tipo de cavitación y la composición de la burbuja de la cavitación inducida por la textura, se continuó observando el estado de las burbujas de cavitación después de detener el experimento, como se muestra en la Fig. 7.

Diagrama de burbujas de cavitación después del apagado.

Se puede ver en la figura que cuando la mesa giratoria se detiene, las burbujas en la textura no desaparecen instantáneamente, sino que se separan gradualmente de la entrada de la textura y convergen en una burbuja completa suspendida dentro de la textura. Esto demuestra que, bajo las condiciones de este experimento, la razón principal para la generación de burbujas de cavitación es la cavitación de gas porque el vapor de aceite generado por la cavitación de vapor puede absorberse instantáneamente, mientras que el gas separado del aceite lubricante tarda mucho tiempo en disolverse.

El comportamiento de las burbujas de cavitación inducidas por la textura es un proceso de equilibrio dinámico. Primero, la rotación de la muestra inferior hace que se forme una zona de caída de presión local en la entrada de la textura, y el aire precipitado en el aceite lubricante se acumula continuamente después de la formación de núcleos de gas de cavitación, y las burbujas de aire son visibles a simple vista. se van formando paulatinamente. Luego, debido al efecto de cizallamiento y arrastre de la rotación de la muestra inferior sobre el aceite lubricante y las burbujas de aire, las burbujas de cavitación se extienden gradualmente aguas abajo y el flujo del aceite lubricante traerá más aire disuelto y el gas precipitado continuamente. hace que las burbujas de aire sean grandes. Finalmente, cuando la precipitación del gas de aceite lubricante y la disolución del gas alcanzan el equilibrio, se forman burbujas de cavitación estables.

La carga fija es de 10 N y el experimento se lleva a cabo en diferentes condiciones de velocidad para comparar el coeficiente de fricción de la muestra sin textura y cinco tipos de muestras de textura de diferentes formas. Las cinco matrices de textura de diferentes formas pueden mejorar el rendimiento de lubricación del par de fricción en comparación con las muestras sin textura, y todos sus coeficientes de fricción se reducen.

Cuando la velocidad es de 6 r/min (0,019 m/s), el coeficiente de fricción de las muestras no es muy diferente. Cuando la velocidad es baja, la película de aceite del par de fricción no se ha formado completamente y la textura tiene poco efecto en la mejora de la capacidad de carga de la película de aceite. Cuando la velocidad es superior a 18 r/min (0,057 m/s), el rendimiento lubricante de la muestra con la textura trapezoidal convergente es siempre el más pequeño. Cuando la velocidad es de 24 r/min (0,076 m/s), las imágenes de cavitación de conjuntos de texturas con diferentes formas se muestran en la Fig. 7. Se puede inferir de la figura que se ha producido cavitación en la superficie de las muestras texturadas de varias formas Sin embargo, las diferentes posiciones de distribución de la textura harán que la distribución de la presión alrededor de la textura sea diferente, y las burbujas de cavitación causadas por la textura también serán significativamente diferentes. Las texturas ubicadas aguas abajo de la matriz de texturas son más propensas a arrastrar burbujas de cavitación. La razón es que estas texturas están más cerca de la salida de presión y la presión de la película de aceite circundante es relativamente baja. Además, al comparar las burbujas de cavitación inducidas por matrices de textura de diferentes formas, se puede ver que la matriz de textura trapezoidal convergente produce la menor cantidad de burbujas, mientras que la textura trapezoidal divergente induce la mayor cantidad de burbujas de cavitación.

La figura 8 muestra el estado de cavitación de tres muestras de matriz de texturas de paralelogramo diferentes a una velocidad de 24 r/min. Puede verse en la figura que sólo una pequeña parte de las texturas en la matriz de texturas de orientación asimétrica tiene burbujas de cavitación que se desbordan. En una matriz de texturas con múltiples orientaciones simétricas, existen ciertas burbujas de cavitación en el extremo posterior de la salida. El efecto de cavitación inducido por la matriz de texturas de orientación única es el más severo, debido a la convergencia de las burbujas de cavitación de las texturas aguas arriba y aguas abajo, formando un área de cavitación más grande. Al comparar la distribución de presión de la matriz de textura con diferentes modos en la simulación anterior, se puede ver que el área donde la presión de la película de aceite es más alta tiene menos probabilidades de formar burbujas de cavitación.

Imágenes de cavitación.

Con el fin de analizar más a fondo el mecanismo de mejora del rendimiento tribológico mediante matrices de textura de diferentes patrones, se utiliza el sensor de desplazamiento láser para estimar el espesor de la película de aceite. Se puede ver en la Fig. 9 que, en comparación con la muestra no texturizada, el espesor de la película de aceite de otros modos de textura ha aumentado. Combinando el análisis de simulación anterior, combinado con el análisis de simulación anterior, se encuentra que la capacidad de soporte de la película de aceite de la matriz texturizada es directamente proporcional al espesor de la película de aceite. Esta conclusión es consistente con la literatura. El aumento del espesor de la película de aceite reducirá el coeficiente de fricción de la muestra y mejorará el rendimiento de lubricación. Así, el aumento del espesor de la película de aceite hace que se reduzca el área de contacto directo de la muestra superior e inferior, lo que hace que la lubricación sea más suficiente.

Grosor de la película de aceite de la matriz de texturas con diferentes patrones.

Sobre la base de los cálculos y experimentos, las conclusiones se extraen de la siguiente manera:

La cavitación es una de las principales razones por las que la microestructura mejora la capacidad de carga de la película de aceite.

Los resultados de la simulación de matriz microtexturizada muestran que la matriz de textura de orientación simétrica simple es más propicia para mejorar la capacidad de soporte de la película de aceite, y el efecto de soporte es mejor cuando la inclinación de la textura es de 26,6 °. La interacción entre las texturas puede cambiar significativamente la distribución de presión y el campo de flujo del dominio de distribución de fluidos.

Los resultados experimentales muestran que las texturas superficiales pueden mejorar el efecto de lubricación del par de fricción, principalmente porque la matriz microtexturizada mejora la capacidad de carga de la película de aceite y aumenta el espesor de la película de aceite.

El coeficiente de fricción de la muestra texturizada orientada asimétricamente es un 29,4 % más bajo que el de la muestra no texturizada, y el rendimiento de lubricación es el mejor.

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Este documento se basa en el trabajo de investigación respaldado por la Fundación Nacional de Ciencias de la Naturaleza de China (NSFC) (No. 51779023).

Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China, Número de concesión/premio: 51779023.

Facultad de Ingeniería Marina, Universidad Marítima de Dalian, Dalian, Liaoning, 116026, China

Yuanyuan Jiang, Zhijun Yan, Shengwei Zhang, Ziyu Shen y Haocheng Sun

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YYJ, ZJY, SWZ, HCS, ZYS contribuyeron al diseño e implementación de la investigación, al análisis de los resultados y a la redacción del manuscrito.

Correspondencia a Zhijun Yan.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Reimpresiones y permisos

Jiang, Y., Yan, Z., Zhang, S. et al. Investigación sobre el efecto de cavitación de matriz microtexturizada. Informe científico 12, 13455 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-17258-0

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Recibido: 18 Abril 2022

Aceptado: 22 de julio de 2022

Publicado: 04 agosto 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-17258-0

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Revista de ciencia de materiales (2022)

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