Ин таҳқиқот рафтори динамикии сахтӣ ва демпфиронии қабати равғанро, ки дар насосҳои фишангии беруна байни сатҳи паҳлуии фишанг ва втулкаи паҳлуии ҳаракаткунанда ҳамагӣ чанд микрометр ғафсӣ дорад, бо усули сеандозаи динамикаи ҳисобии моеъҳо (CFD) меомӯзад. Минтақае, ки таҳқиқот махсусан ба он тамаркуз мекунад, тарафи ҷаббиши насос мебошад; зеро қабул шудааст, ки бинобар моилии втулка фосилаи меҳварии ҳадди ақал дар ҳамин минтақа ба вуҷуд меояд ва қабати равған ба тағйироти шароити кор ҳассостар мегардад.

Ҳангоми кори насоси фишангии беруна гардиши фишанг дар қабати равған ҷараёни лағжишӣ (sliding/Couette) ба вуҷуд меорад. Ҳамзамон ҳаракати микрометрии втулкаи шинокунанда ба самти фишанг фосиларо танг карда, таъсири қабати фишурдашавӣ (squeeze-film)-ро ба вуҷуд меорад. Таҳқиқот месанҷад, ки фишори гидродинамикие, ки аз якҷояшавии ин ду механизм ба вуҷуд меояд, мисли пружина ва демпфер рафтор мекунад ё не ва чуқуриҳои микроскопии ба сатҳ иловашуда ин рафторро чӣ гуна тағйир медиҳанд.

Модели сеандозаи CFD як дандона ва бахши мувофиқи втулкаро ифода мекунад. Вақте дандона аз минтақаи даргирӣ ба тарафи ҷаббиш тақрибан 90° ҳаракат мекунад, фосилаи дандона–втулка тақрибан 6 µm кам мешавад. Дар симулятсия равғани ISO VG46 истифода шудааст; дар 50 °C зичӣ 850 kg/m³ ва часпакии динамикӣ 0,039 Pa·s қабул шудааст.

Ду текстураи гуногуни сатҳ муқоиса шудаанд: тарҳи 3-қатори микро-чуқурӣ бо зичии камтари текстура ва тарҳи 5-қатори микро-чуқурӣ бо майдони бештари текстура. Натиҷаҳо нишон медиҳанд, ки бо кам шудани фосила равған бештар маҳкам мешавад, фишори гидродинамикӣ боло меравад ва сахтӣ ва демпфиронии самараноки қабати равған ба таври қавӣ меафзоянд.

Аммо шумораи бештари микро-чуқуриҳо худ ба худ иҷрои динамикии беҳтар надод. Текстураи 5-қаторӣ фосилаи миёнаи самаранокро каме зиёд кард, фишори қуллаи гидродинамикӣ ва қобилияти борбардориро коҳиш дод; дар натиҷа қиматҳои сахтӣ ва демпфиронӣ нисбат ба сохтори 3-қаторӣ умуман пасттар монданд. Аз ин рӯ, муҳаққиқон таъкид мекунанд, ки танҳо то дараҷае зиёд кардани текстураи сатҳ, ки соиш ё молиданиро беҳтар кунад, кофӣ нест; дастгирии қабати равған, ки устувории меҳвариро таъмин мекунад, низ бояд нигоҳ дошта шавад.

Натиҷаи муҳими дигари таҳқиқот ин аст, ки қабати равған мисли демпфери оддии часпак бо коэффициенти собит рафтор намекунад. Демпфиронӣ ба баландии фосила, суръати фишурдашавӣ, суръати гардиши насос ва махсусан ба он вобаста аст, ки ҳаракати фишурдашавӣ тезонида мешавад ё суст. Аз ин рӯ, манбаъ қабати равғани тарафи ҷаббишро ҳамчун демпфери ғайрихаттӣ ва вобаста ба шитоб муайян мекунад.

Дар шароити 2500 rpm суръати миёнаи фишурдашавӣ 0,9 mm/s ва басомади микроҳаракат 1000 Hz; дар шароити 4500 rpm бошад 1,6 mm/s ва 1800 Hz истифода шудааст. Дар ҳар ду ҳолат тағйири умумии фосилаи татбиқшуда 5,4 µm аст.

Бозёфтҳо танҳо ба ҳисобҳои CFD асос ёфтаанд. Дар сатҳи қабат тасдиқи мустақими таҷрибавӣ анҷом дода нашудааст. Илова бар ин, дар модел фосила пайваста баста мешавад ва азбаски сатҳҳо аз ҳам ҷудо намешаванд, кавитатсия ба вуҷуд намеояд. Аз ин рӯ, харитаҳои сахтӣ ва демпфиронии бадастомада танҳо режими гидродинамикии қабати пурра ва бекавитатсия-ро, ки дар таҳқиқот муайян шудааст, ифода мекунанд.

Аз нуқтаи назари Туркия: Таҳқиқот дар як истеҳсолкунандаи мушаххаси насос, системаи гидравликӣ ё татбиқи саҳроии Туркия гузаронида нашудааст. Бо вуҷуди ин, усул барои гурӯҳҳои таҳқиқотӣ ва тарроҳие, ки дар Туркия насосҳои фишангии беруна, воҳидҳои қувваи гидравликӣ ва унсурҳои мошинии дақиқ молиданшавандаро таҳия мекунанд, як равиши муҳандисии муҳим пешниҳод мекунад. Хусусан, дар корҳои тарроҳӣ метавон арзёбӣ кард, ки микро-текстураи ба сатҳи втулка татбиқшаванда на танҳо аз нуқтаи назари соиши статикӣ, балки аз ҷиҳати хусусияти сахтӣ ва демпфиронии меҳварии қабати равған низ чӣ гуна таъсир мерасонад. Аммо барои интиқол ба тарҳи воқеии насос, хусусиятҳои вобаста ба ҳарорати равған, деформатсияи воқеии втулка, таҳаммулҳои сатҳ, кавитатсия, тақсимоти фишор, фарсудашавӣ ва иҷрои таҷрибавии сатҳи насос бояд алоҳида тасдиқ шаванд.

Чаро фосилаи чанд микрометрӣ дар насоси фишангии беруна ин қадар муҳим аст?

Дар насосҳои фишангии беруна байни сатҳҳои паҳлуии фишангҳо ва втулкаҳои латералӣ қабати хеле тунуки равған мавҷуд аст. Ин фосила ду вазифаи муқобил дорад: таъмин кардани молидани кофӣ барои пешгирии тамоси металл-металл байни қисмҳои гардишкунанда ва ҳамзамон маҳдуд кардани ихроҷи дохилии насос.

Агар фосила аз ҳад зиёд калон шавад, дастгирии гидродинамикии қабати равған метавонад коҳиш ёбад. Агар аз ҳад зиёд хурд шавад, сатҳҳо ба ҳам наздик шуда, хатари молидани омехта ва осеби сатҳро зиёд мекунанд.

Аз ин рӯ, диққати таҳқиқот танҳо ба саволи «фосила чанд аст?» равона нест. Саволи муҳимтар ин аст, ки ҳангоми тағйири фосила ба чанд микрометр қувваи қабати равған чӣ қадар тағйир меёбад ва ҳангоми ҳаракат чӣ қадар демпфиронӣ ҳосил мекунад.

Чаро тарафи ҷаббиш интихоб шуд?

Тибқи модели манбаъ, втулкаи шинокунанда бинобар номувозинии қувваҳои гидростатикӣ дар дохили насос ва моменти хамшавие, ки аз фарқи фишор байни сатҳҳо ба вуҷуд меояд, ба самти фишанг ҳаракат мекунад.

Дар натиҷаи моилии втулка фосилаи ҳадди ақал дар тарафи ҷаббиш ба вуҷуд меояд. Азбаски ин минтақа ҳамзамон пастфишор аст, қабати равған ба тағйироти шароити кор ҳассостар мебошад.

Вақте дандона аз минтақаи даргирӣ ба тарафи ҷаббиш тақрибан 90° ҳаракат мекунад, фосилаи меҳварӣ аз қимати максималии \(h_{max}\) ба қимати минималии \(h_{min}\) кам мешавад. Дар манбаъ тағйири фосила дар ин гузариш тақрибан 6 µm дода шудааст.

Лағжиш ва фишурдашавӣ ҳамзамон рух медиҳанд

Гардиши фишанг боис мешавад, ки як сатҳи қабати равған нисбат ба сатҳи дигар ҳаракат кунад. Ин ҷараёни лағжишии навъи Couette-ро ба вуҷуд меорад.

Ҳамзамон, вақте втулка дар самти меҳварӣ ба фишанг наздик мешавад, қабати равған фишурда мешавад. Кӯшиши равған барои баромадан аз минтақаи тангшуда фишори иловагии гидродинамикӣ ба вуҷуд меорад. Ин механизми дуюм таъсири squeeze-film мебошад.

Дастгирии умумии динамикӣ аз якҷояшавии ин ду механизм ба вуҷуд меояд:

• ҷузъи сахтӣ: ҳангоми тағйири баландии фосила қувваи гидродинамикӣ чӣ қадар тағйир меёбад,
• ҷузъи демпфиронӣ: муқовимате, ки равған бар зидди суръати ҳаракати фишурдашавӣ ба вуҷуд меорад.

Модели 3B CFD чӣ гуна сохта шуд?

Барои ҳал кардани сохтори ҷараёни микрометрӣ ҳангоми маҳдуд нигоҳ доштани арзиши ҳисоббарорӣ, ба ҷои тамоми насос як дандона ва минтақаи мувофиқи втулкаи латералӣ моделсозӣ шуд.

Соҳаи ҳисоббарорӣ аз се қисми асосӣ иборат аст:

• сатҳи фишанги гардишкунанда,
• сатҳи текстурадор ё ҳамвори втулка, ки собит аст, вале ҳаракати сарҳадии меҳварӣ ба он татбиқ мешавад,
• ҳаҷми равған байни ду сатҳ.

Равғани истифодашуда дар модел ISO VG46 аст:

Муодилаи Reynolds

Пайдоиши фишор дар қабати тунуки равған бо муодилаи Reynolds ифода карда мешавад. Шакли умумии сеандозаи дар манбаъ додашуда:

\[ \frac{\partial}{\partial x} \left( \frac{\rho h^3}{12\mu} \frac{\partial p}{\partial x} \right) + \frac{\partial}{\partial y} \left( \frac{\rho h^3}{12\mu} \frac{\partial p}{\partial y} \right) = \frac{\partial}{\partial x} \left( \frac{\rho h u}{2} \right) + \frac{\partial}{\partial y} \left( \frac{\rho h v}{2} \right) + \rho\frac{\partial h}{\partial t} \]

мебошад.

Дар шароити омӯхташудаи тарафи ҷаббиш тағйири зичӣ аз %0,5 кам буд, аз ин рӯ равған фишурданашаванда қабул шуд. Бо фарзияи сатҳҳои сахт муодила ба:

\[ \frac{\partial}{\partial x} \left( \frac{h^3}{12\mu} \frac{\partial p}{\partial x} \right) + \frac{\partial}{\partial y} \left( \frac{h^3}{12\mu} \frac{\partial p}{\partial y} \right) = \frac{u}{2}\frac{\partial h}{\partial x} + \frac{v}{2}\frac{\partial h}{\partial y} + \frac{\partial h}{\partial t} \]

табдил дода мешавад.

Суръати фишурдашавӣ:

\[ w=\frac{\partial h}{\partial t} \]

муайян шудааст.

Чаро қабати равған мисли пружина рафтор мекунад?

Сахтии гидродинамикӣ нишон медиҳад, ки дар ҷавоб ба тағйири хурди баландии фосила қувваи қабати равған чӣ қадар тағйир меёбад:

\[ k(h)=\frac{\partial W}{\partial h} \]

Дар ҳисоби ададӣ бо истифода аз қиматҳои пайдарпайи қувва:

\[ K(\bar{h})= \frac{W_{d1}(h_1)-W_{d2}(h_2)} {h_1-h_2} \]

муносибат татбиқ шуд.

Дар ҳисоби сахтӣ баландии фосила бо қадамҳои 0,5 µm тағйир дода шуда, танҳо ҳаракати лағжиши фишанг ба ҳисоб гирифта шуд.

Чаро қабати равған мисли демпфер рафтор мекунад?

Коэффициенти демпфиронӣ ҳассосияти қувваи гидродинамикиро ба суръати наздикшавӣ/фишурдашавӣ ифода мекунад:

\[ D(h,v)=\frac{\partial W_d}{\partial v} \]

Ба таври ададӣ:

\[ D(\bar{h},\bar{v})= \frac{W_{d1}(h_1,v_1)-W_{d2}(h_1,v_2)} {v_1-v_2} \]

муносибат истифода шуд.

Барои ифода кардани микроҳаракате, ки втулка ҳангоми кори воқеӣ бинобар лаппишҳои фишор анҷом дода метавонад, ба ҳаракати номиналии наздикшавӣ халали гармоникӣ илова шуд:

\[ h(t)=h_0(t)-a\sin(\omega t) \]

Ду шароити кор

Дар таҳлили гузариш фосила пайваста аз тақрибан 8,5 µm то 3,1 µm баста мешавад. Гарчанде суръат лаппиш дорад, мусбат мемонад, бинобар ин втулка дар ҳеҷ марҳила аз фишанг дур намешавад.

Чаро кавитатсия ба вуҷуд наомад?

Дар модели манбаъ суръати фишурдашавӣ дар тамоми симулятсия ба як самт аст ва байни сатҳҳо марҳилаи ҷудошавӣ вуҷуд надорад. Дар ин шароит фишори маҳаллӣ аз фишори буғшавӣ поён намеравад, бинобар ин кавитатсия фаъол намешавад.

Аз ин рӯ, ин таҳқиқот режими кавитатсионии насосро намеомӯзад. Коэффициентҳои сахтӣ ва демпфиронии натиҷаҳо ба режими гидродинамикии қабати пурра тааллуқ доранд.

Чаро дар ҳисоби демпфиронӣ филтр истифода шуд?

Демпфиронии лаҳзавӣ бо фарқи ниҳоӣ:

\[ D(t_i)\approx \frac{W_{i+1}-W_{i-1}} {v_{i+1}-v_{i-1}} \]

ҳисоб карда шуд.

Вақте тағйири суръати фишурдашавӣ ба сифр наздик мешавад, махраҷ хеле хурд шуда, ҳисоб ба садои ададӣ аз ҳад ҳассос мегардад. Аз ин рӯ, муҳаққиқон:

• намунаҳои дорои \(|a|<2\ \mathrm{m/s^2}\)-ро хориҷ карданд,
• қиматҳои \(a>2\ \mathrm{m/s^2}\)-ро ҳамчун фишурдашавии тезёбанда,
• қиматҳои \(a<-2\ \mathrm{m/s^2}\)-ро ҳамчун фишурдашавии сустшаванда

ба ду гурӯҳи ҷудогона тақсим карданд.

Илова бар ин, ҳангоми омода кардани харитаҳои демпфиронӣ танҳо коэффициентҳои лаҳзавии мусбати демпфиронӣ нигоҳ дошта шуданд. Ин қарори коркарди додаҳо бояд ҳангоми тафсири натиҷаҳо ба назар гирифта шавад; харитаҳо тақсимоти пурраи ҳамаи натиҷаҳои хоми фарқи ниҳоиро бо нигоҳ доштани аломат ифода намекунанд.

Чаро истиқлолияти шабака муҳим аст?

Азбаски қабати равған ҳамагӣ чанд микрометр ғафсӣ дорад, шумораи элементҳое, ки дар тӯли фосила истифода мешаванд, метавонад ба фишор ва қувваи ҳисобшуда таъсири калон расонад.

Дар таҳқиқот чор шабакаи 4, 7, 9 ва 11-қабата муқоиса шуданд.

Шабакаи чорқабата танҳо %75-и қувваи истинодиро истеҳсол кард, дар ҳоле ки шабакаи ҳафтқабата ба %95 расид. Нӯҳ қабат ҳамчун истинод қабул шуд ва гузариш ба 11 қабат қувваи нормализатсияшударо танҳо аз 1,00 ба 1,02 тағйир дод.

Аз ин рӯ, барои мувозинат байни арзиши ҳисоббарорӣ ва ҳассосияти ҳал муҳаққиқон дар таҳлилҳои минбаъдаи CFD шабакаеро истифода карданд, ки 1.113.346 элемент ва нӯҳ қабат дар тӯли фосила дошт.

Ҳалшавии вақт

Дар симулятсияҳои гузариш интегратсияи вақти implicit-и дараҷаи дуюм ва қадами мутобиқшавандаи вақт истифода шуд. Шумораи Courant дар диапазони 0,9–0,95 нигоҳ дошта шуд.

Чаро ҷараён ламинарӣ қабул шуд?

Дар баландтарин суръати гардиши омӯхташуда, яъне 4500 rpm, вақте ҳадди болоии суръат тақрибан 18 m/s қабул шуд, шумораи Reynolds барои фосилаи 5 µm тақрибан 1,96 ва барои фосилаи 3 µm тақрибан 1,17 ҳисоб шуд.

Азбаски ин қиматҳо аз минтақаи гузариш хеле пастанд, дар модел модели турбулентии RANS ё LES истифода нашуд ва ҷараён ламинарӣ қабул гардид.

Микро-чуқуриҳо дар майдони фишор чӣ кор мекунанд?

Дар муқоисаҳои фосилаи 3,5 µm фишорҳои баландтарин наздики минтақаи марказии фишанг, ки баромадани моеъ аз он душвортар аст, ба вуҷуд омаданд. Равғани ба таври маҳаллӣ байни микро-чуқуриҳо маҳкамшуда низ ба дастгирии бор мусоидат мекунад.

Бо вуҷуди ин, фишори қуллаи тарҳи 5-қатори микро-чуқурӣ аз тарҳи 3-қатор пасттар аст. Муҳаққиқон инро бо он шарҳ медиҳанд, ки текстураи зичтар фосилаи миёнаи самаранокро зиёд мекунад.

Ҳангоми баланд кардани суръат аз 2500 rpm то 4500 rpm истеҳсоли фишори аз лағжиш баамаломада қавитар шуда, сатҳи умумии фишор дар қабати равған боло рафт.

Дар дохили микро-чуқуриҳо гирдбодҳо пайдо мешаванд

Дар майдони суръате, ки барои 2500 rpm ва фосилаи 3,5 µm пешниҳод шудааст, профили интизоршавандаи Couette дар тӯли қабати равған дида мешавад: суръати баландтарин дар сатҳи фишанги гардишкунанда аст ва ҳангоми наздик шудан ба втулкаи собит суръат ба сифр мефарояд.

Дар ковокиҳои микро-чуқурӣ бошад, таъсири мутақобилаи ҷараёни асосии лағжиш бо геометрия минтақаҳои хурди маҳаллии гардиши баръакс/гирдбодро ба вуҷуд меорад. Ин сохторҳо тақсимоти маҳаллии фишорро тағйир дода, ба рафтори гидродинамикии сатҳи текстурадор саҳм мегузоранд.

Чаро ҳангоми кам шудани фосила қувва зуд меафзояд?

Дар Расми 11-и манбаъ қиматҳои мутлақи қувва бинобар махфияти тиҷоратӣ дода нашуда, қувва нисбат ба қимати максималӣ нормализатсия шудааст.

Вақте фосила аз тақрибан 6,5 µm зиёд аст, қувваи гидродинамикӣ ба тағйири clearance сусттар ҷавоб медиҳад. Вақте фосила аз тақрибан 5 µm кам мешавад, ҳатто камшавии хурди фосила ҳам бори гидродинамикиро ба таври назаррас зиёд мекунад.

Ин тағйир нишон медиҳад, ки равған дар минтақаи танг сахт маҳкам мешавад ва рафтори қабат аз пружинаи хаттӣ фарқ мекунад.

Натиҷаи сахтӣ

Дар Расми 12 сахтии гидродинамикӣ ҳангоми кам шудани фосила аз максимум ба минимум ба таври тез меафзояд.

Ин рафтор аз нуқтаи назари тарроҳӣ дуҷониба аст. Наздик шудан ба фосилаи минималӣ метавонад барои втулкаи шинокунанда қувваи бозгардонандаи гидродинамикии қавитар ба вуҷуд орад; аммо ҳамон минтақаи корӣ ҳамчунин минтақаест, ки хатари молидани омехта ва осеби сатҳ баландтарин аст.

Аз ин рӯ, ҳадаф танҳо гирифтани сахтии максималӣ нест, балки нигоҳ доштани дастгирии зарурии динамикӣ ҳамроҳ бо ғафсии кофии қабат мебошад.

Таъхири фаза дар қувваи гузариш

Дар таҳлили гузариш, вақте суръати фишурдашавӣ ба таври гармоникӣ тағйир меёбад, сигнали қувва ба ҳамон тағйир фавран ҷавоб намедиҳад. Манбаъ таъхири равшани фаза байни суръат ва қувваро нишон медиҳад.

Махсусан дар баъзе нуқтаҳое, ки суръати фишурдашавӣ ба сифр наздик мешавад, қувваи гидродинамикӣ ба сифр намефарояд. Ин нишон медиҳад, ки қабати равған ҳатто бе ҳаракати лаҳзавии фишурдашавӣ сахтии гидродинамикии ниҳоӣ дорад.

Таъхири фаза бошад, нишондиҳандаи мустақими ҷузъи часпак/демпфиронандаест, ки дар система энергияро пароканда мекунад.

Чаро демпфиронӣ ба аломати шитоб вобаста аст?

Фишурдашавии тезёбанда ва фишурдашавии сустшаванда ҳатто дар ҳамон фосила ва ҳамон қимати суръат таърихи якхелаи қувва надоранд.

Вақте суръати фишурдашавӣ кам шудан мегирад, фишори равған ба тағйир фавран мутобиқ шуда наметавонад. Ҷавоби деркардаи майдони фишор дар режими сустшавӣ муқовимати дигари гидродинамикӣ ба вуҷуд меорад.

Аз ин рӯ, таҳқиқот демпфирониро танҳо:

\[ D=D(h,v) \]

намебинад, балки аз нуқтаи назари тафсири амалӣ онро бузургие арзёбӣ мекунад, ки аз таърихи тезшавӣ/сустшавии ҳаракат низ таъсир мегирад.

3-қатор ё 5-қатор?

Дар ҳамон фосила тарҳи текстураи сеқаторӣ нисбат ба тарҳи панҷқаторӣ умуман дастгирии гидродинамикии бештар таъмин мекунад.

Дар каҷхатҳои миёнаи демпфиронии манбаъ низ барои баландии муайяни фосила текстураи 3-қаторӣ нисбат ба сохтори мувофиқи 5-қаторӣ пайваста демпфиронии бештар истеҳсол мекунад.

Сабаб он аст, ки текстураи зичтари 5-қаторӣ фосилаи миёнаи самаранокро каме зиёд мекунад, пайдоиши фишорро коҳиш медиҳад ва дар натиҷа қобилияти борбардории қабати равғанро кам мекунад.

Ин натиҷа нишон медиҳад, ки фарзияи соддаи тарроҳӣ — «микро-чуқурии бештар иҷрои молиданиро беҳтар мекунад» — аз нуқтаи назари дастгирии динамикӣ дуруст нест.

Усул ва Натиҷаҳои Таҳқиқот

Тарҳи таҳқиқот

Таҳқиқот пурра кори ададии CFD мебошад ва ду марҳилаи асосии таҳлил дорад:

1. таҳлилҳои ҳолати устувор: дар баландии гуногуни собити фосила қувваи гидродинамикӣ ҳисоб карда шуда, муносибати қувва–фосила ва сахтӣ бароварда шуданд;
2. таҳлилҳои гузариш: ба ҳаракати номиналии басташавии втулка микроҳаракатҳои гармоникӣ илова шуда, муносибати суръат–қувва ва коэффициентҳои демпфиронӣ ҳисоб карда шуданд.

Нармафзори CFD ва фарзияҳои физикӣ

Тасдиқи ададӣ

Дар таҳқиқоти истиқлолияти шабака гузариш аз 4 қабат ба 9 қабат қувваи нормализатсияшудаи фишангро аз 0,75 ба 1,00 зиёд кард. Дар гузариш аз нӯҳ қабат ба 11 қабат натиҷа танҳо %2 зиёд шуда, 1,02 гардид.

Аз ин рӯ, шабакаи нӯҳқабата бо 1.113.346 элемент ҳамчун ҳалли асосӣ интихоб шуд.

Нигоҳдории глобалии масса дар ҳамаи симулятсияҳо назорат шуда, барои ANSYS CFX ҳадафи нигоҳдории 0,01 татбиқ гардид.

Бозёфтҳои асосии фишор

• Бо кам шудани фосила равған бештар маҳкам шуда, фишори гидродинамикӣ боло меравад.
• Баланд шудани суръати гардиш аз 2500 rpm ба 4500 rpm истеҳсоли фишори аз лағжиш баамаломадаро зиёд мекунад.
• Фишорҳои баландтарин асосан дар минтақаи марказие ба вуҷуд меоянд, ки баромади моеъ маҳдудтар аст.
• Текстураи 5-қаторӣ бинобар фосилаи самараноки калонтар нисбат ба текстураи 3-қаторӣ фишори қуллаи пасттар истеҳсол мекунад.
• Сохторҳои гардиши маҳаллӣ дар микро-чуқуриҳо тақсимоти фишорро тағйир медиҳанд.

Бозёфтҳои асосии қувва ва сахтӣ

• Бори гидродинамикӣ бо зиёд шудани фосила ба таври монотон кам мешавад.
• Дар фосилаҳои аз тақрибан 6,5 µm боло ҳассосияти қувва ба тағйири clearance нисбатан паст аст.
• Дар минтақаи аз тақрибан 5 µm поён тағйироти хеле хурди фосила боиси тағйироти калони қувва мешаванд.
• Сахтӣ бо кам шудани фосила ба таври қавӣ меафзояд.
• Аз ин рӯ, қабати равған мисли пружинаи хаттии коэффициенти собит рафтор намекунад.
• Майдони бештари текстура фишори гидродинамикӣ ва ҳамин тариқ сахтии самаранокро кам мекунад.

Бозёфтҳои асосии гузариш

Дар таҳлили гузариши CFD ҳангоми баста шудани фосила аз 8,5 µm ба 3,1 µm дар суръати фишурдашавӣ шаш лаппиши равшан ба вуҷуд омад.

Қувва умуман тамоюли статии қувва–фосиларо пайгирӣ кард; аммо тағйири гармоникии суръат дар қувва қуллаҳои маҳаллӣ ба вуҷуд овард.

Фарқи фаза байни суръат ва қувва рафтори диссипативии қабати равғанро нишон медиҳад. Бо кам шудани фосила ҳам андозаи лаппиши қувва ва ҳам таъсири динамикии қабати равған зиёд мешаванд.

Бозёфтҳои асосии демпфиронӣ

• Коэффициенти демпфиронӣ бо кам шудани фосила ба таври равшан меафзояд.
• Текстураи 3-қаторӣ дар ҳамон фосила нисбат ба текстураи 5-қаторӣ демпфиронии миёнаи бештар медиҳад.
• Демпфиронӣ на танҳо ба фосила ва суръати фишурдашавӣ, балки ба мусбат ё манфӣ будани шитоб низ вобаста аст.
• Дар фишурдашавии сустшаванда ҷавоби деркардаи фишори равған муқовимати дигари динамикӣ ба вуҷуд меорад.
• Қиматҳои баландтарини демпфиронӣ дар минтақаи қавии squeeze-film бо фосилаҳои хурдтарин ба вуҷуд меоянд.

Натиҷаҳое, ки таҳқиқот дастгирӣ мекунад

• Қабати равғани дандона–втулка дар тарафи ҷаббиш метавонад рафтори пружинаи гидродинамикии ғайрихаттӣ нишон диҳад.
• Қабати равған ҳамчунин мисли демпфери ғайрихаттӣ рафтор мекунад, ки ба таърихи ҳаракат ва режими шитоб вобаста аст.
• Суръати гардиши насос ба пайдоиши фишор ва қувваи гидродинамикӣ таъсир мерасонад.
• Ҳангоми наздик шудан ба фосилаи минималӣ сахтӣ ва демпфиронӣ ба таври назаррас меафзоянд.
• Зичии бештари текстура дар тарҳҳои омӯхташуда фосилаи самаранокро зиёд карда, дастгирии бори динамикиро коҳиш додааст.
• Текстураи 3-қаторӣ дар ҳамон фосила нисбат ба текстураи 5-қаторӣ демпфиронии миёнаи бештар нишон додааст.
• Харитаҳои сахтӣ ва демпфиронии бадастомада метавонанд барои таҳияи моделҳои содатари lumped-parameter динамикии насоси фишангии беруна ҳамчун вуруди ададӣ истифода шаванд.

Натиҷаҳое, ки таҳқиқот исбот намекунад

• Исбот нашудааст, ки текстураи 3-қаторӣ барои ҳамаи насосҳои фишангии беруна беҳтарин тарҳи сатҳ аст.
• Коэффициентҳои сахтӣ ва демпфиронии сатҳи қабат, ки CFD ба даст овардааст, мустақиман бо таҷриба чен нашудаанд.
• Нишон дода нашудааст, ки ҳамон коэффициентҳо дар шароити кори дорои кавитатсия низ дурустанд.
• Таъсири деформатсияҳои сатҳ ва корпус ба натиҷаҳо дар ин модели сатҳи сахт ҳал нашудааст.
• Тағйири часпакии равған бо ҳарорат ҳамроҳ бо модели муфассали гармӣ омӯхта нашудааст.
• Таҳқиқот самаранокии умумии ҳаҷмӣ ё гидромеханикии насосро мустақиман бо таҷриба чен намекунад.
• Умри дарозмуддати фарсудашавӣ ё устувории воқеии саҳроӣ бо ин модел тасдиқ нашудааст.
• Оптимуми муштараки ҳамаи таъсирҳои текстура ба соиш, ихроҷ, фарсудашавӣ ва устувории динамикӣ муайян нашудааст.

Маҳдудиятҳои асосӣ

Маҳдудияти муҳимтарин набудани тасдиқи мустақими таҷрибавӣ дар сатҳи қабат аст. Муҳаққиқон мегӯянд, ки бинобар clearance-и микрометрӣ иҷрои мустақими чунин санҷиш душвор аст ва натиҷаҳо аз рӯи мувофиқати физикӣ бо тамоюлҳои кори насос, ки дар таҷрибаҳои қаблӣ мушоҳида шудаанд, арзёбӣ шуданд.

Маҳдудияти дуюми муҳим набудани кавитатсия дар доираи модели ҷорӣ мебошад. Манбаъ таъсири моделсозии кавитатсияи бисёрфазаро ба коэффициентҳои динамикӣ барои таҳқиқоти оянда мегузорад.

Сеюм, қувваи статии гидродинамикӣ бо воҳидҳои мутлақ нашр нашуда, бинобар махфият ба қувваи максималӣ нормализатсия шудааст. Аз ин рӯ, аз Расми 11 қувваи воқеии мутлақи борбардории насосро гирифтан мумкин нест.

Чорум, дар ҳисобҳои демпфиронии лаҳзавӣ нуқтаҳои шитоби паст ва қиматҳои манфии демпфиронии лаҳзавӣ филтр шудаанд. Ин интихоб барои кам кардани ноустувории ададӣ анҷом шудааст, аммо бояд дар хотир дошт, ки харитаҳои нишон додашудаи демпфиронӣ ба протседураи филтркунии истифодашуда вобастаанд.

Ёддошт оид ба Манбаъ ва Усул

Номи пурраи аслии таҳқиқот: Dynamic Tribological Behavior of Surface-Textured Bushings in External Gear Pumps: A CFD Investigation

Муаллифон: Masoud Hatami Garousi; Paolo Casoli; Massimo Rundo; Seyed Mojtaba Hejazi.

Муаллифи масъул: Paolo Casoli.

Муассисаҳо: Department of Engineering for Industrial Systems and Technologies, University of Parma, Parma, Italy; Department of Energy, Politecnico di Torino, Torino, Italy.

Навъи манбаъ: Мақолаи таҳқиқотӣ.

Ҳолати рецензия: Actuators маҷаллаи илмии рецензияшуда мебошад.

Маҷалла: Actuators.

Ношир: MDPI.

Нашр: 2026, Ҷилд 15, Мақола 168.

Санаи ирсол: 12 February 2026.

Санаи бозбинӣ: 5 March 2026.

Санаи қабул: 12 March 2026.

Санаи нашр: 16 March 2026.

DOI: 10.3390/act15030168.

Пайванди расмӣ:https://doi.org/10.3390/act15030168

Иҷозатнома: Creative Commons Attribution (CC BY).

Маблағгузорӣ: Муаллифон гузориш медиҳанд, ки таҳқиқот маблағгузории беруна нагирифтааст.

Дастгирӣ/ташаккур: Муаллифон дар бахши ташаккур аз дастгирии фаъоли Casappa S.p.A., Parma, Italy ба таҳқиқот ёд кардаанд.

Кумитаи ахлоқ: Ҳамчун татбиқнашаванда гузориш шудааст.

Розигии огоҳона: Ҳамчун татбиқнашаванда гузориш шудааст.

Дастрасии додаҳо: Гуфта шудааст, ки саҳмҳои аслии таҳқиқот дар дохили мақола мавҷуданд ва саволҳои иловагӣ метавонанд ба муаллифи масъул равона шаванд.

Бархӯрди манфиатҳо: Муаллифон гузориш додаанд, ки бархӯрди манфиатҳо вуҷуд надорад.

Ёддошти муҳим дар бораи сатҳи далел

Ин таҳқиқот дар насоси воқеии фишангии беруна ченкунии нави таҷрибавии сахтӣ ё демпфирониро пешниҳод намекунад. Далели асосии таҳқиқот ҳисобҳои 3B CFD мебошанд.

Муаллифон мегӯянд, ки тасдиқи мустақими таҷрибавӣ дар сатҳи қабат бинобар фосилаи микрометрӣ амалӣ нест; натиҷаҳои ададӣ бо тамоюлҳои кори таҷрибавии қаблии насос мувофиқанд. Бинобар ин, натиҷаҳо на коэффициентҳои динамикии бевосита дар дастгоҳи воқеӣ ченшуда, балки тавсифҳои CFD-и аз ҷиҳати ададӣ ва физикӣ мувофиқ барои диапазони кори омӯхташуда арзёбӣ шаванд.

Номувофиқии дохилии манбаъ дар шарти сарҳадӣ

Дар бахши усул барои кушодагиҳои паҳлуӣ шарти баромади фишор ҳамчун “1 bar absolute pressure” навишта шудааст. Ҷадвали 1 дар ҳамон саҳифа бошад, ба тағйирёбандаи “Opening pressure (MPa)” қимати `1` медиҳад.

1 bar фишори мутлақ ва 1 MPa як қимати физикӣ нестанд. Матни манбаъ сабаби ин номувофиқиро шарҳ намедиҳад. Аз ин рӯ, дар ин матни Verianla тахмин нашудааст, ки кадом қимат дуруст аст ва шарти сарҳадӣ ба як қимати қатъӣ табдил дода нашудааст.

Махфияти додаҳои қувва

Манбаъ дар Расми 11 равшан мегӯяд, ки қиматҳои қувваи статии гидродинамикӣ бинобар махфият ба қимати максималӣ нормализатсия шудаанд. Аз ин рӯ, аз қиматҳои \(F/F_{ref}\) дар график қувваи мутлақи борбардорӣ бо Нютон гирифта намешавад.

Филтркунии додаҳои демпфиронӣ

Вақте коэффициенти демпфиронӣ бо усули фарқи ниҳоӣ ҳисоб мешавад, ба сифр наздик шудани фарқи суръат ноустувории ададӣ ба вуҷуд меорад. Аз ин рӯ, намунаҳои \(|a|<2\ \mathrm{m/s^2}\) аз таҳлил хориҷ шуданд, нуқтаҳои боқимонда ба гурӯҳҳои шитоби мусбат ва манфӣ ҷудо шуданд ва ҳангоми сохтани харитаҳои демпфиронӣ танҳо қиматҳои лаҳзавии мусбати демпфиронӣ нигоҳ дошта шуданд.

Аз ин рӯ, харитаҳои нашршудаи демпфиронӣ табдили мустақим ва филтрнашудаи силсилаи хоми CFD қувва–вақт нестанд; онҳо натиҷаи протседураи интихоб ва филтркунии додаҳо мебошанд, ки манбаъ муайян кардааст.

Ҳадди кавитатсия

Азбаски дар кинематикаи омӯхташуда фосилаи молиданӣ пайваста кам мешавад, ҳаракати ҷудошавӣ ба вуҷуд наомад ва кавитатсия фаъол нашуд. Манбаъ таъсири модели кавитатсияи бисёрфазаро ба коэффициентҳои сахтӣ ва демпфиронӣ барои кори оянда гузоштааст.

Аз ин рӯ, натиҷаҳои ин ҷо пешниҳодшуда набояд мустақиман ба режимҳои кавитатсионӣ, ҷудошавии сатҳҳо ё молидани омехта умумӣ карда шаванд.

Муодилаҳои техникӣ, параметрҳо, тамоюлҳои натиҷа ва маҳдудиятҳо дар ин шарҳи Verianla танҳо ба таҳқиқоти манбаи баррасишуда асос ёфтаанд. Қиматҳои мутлақи қуввае, ки манбаъ нашр накардааст, аз графикҳо тахмин нашудаанд; номувофиқии шарти сарҳадии фишор дар дохили манбаъ бо маълумоти беруна хомӯшона ислоҳ нашудааст.