CFD-Simulation

Simulation von Wälzlagern

Das Forschungsgebiet des Öldurchflussverhaltens von Wälzlagern sowie der hochaufgelösten Ermittlung von Strömungsvorgängen/phänomenologischen Effekten und die damit mögliche Bestimmung von hydraulischen Verlusten in Wälzlagern ist noch sehr jung. Dennoch wurden in diesem Bereich am ITR bereits grundlegende Untersuchungen durchgeführt. Es handelte sich dabei sowohl um experimentelle Untersuchungen als auch um Simulationen mit Hilfe spezieller CFD-Techniken. Schwerpunkte der bisherigen Arbeiten waren die Erstellung von Konstruktionshinweisen zur Ölversorgung von axialen Wälzlagerungen sowie die Entwicklung technisch-mathematischer Modelle, mit denen es möglich ist, den Öldurchfluss und die hydraulischen Verluste in Abhängigkeit verschiedenster Einflussfaktoren zu ermitteln.

Gekoppelte Strömungssimulation von Radialkippsegmentlagern mit konjugiertem Wärmeübergang

Der Betriebszustand schnell laufender und hoch belasteter Radialkippsegmentlager wird zu einem wesentlichen Teil durch die Strömung im Bereich der Ölzuführung beeinflusst. Insbesondere der konvektive Wärmeübergang zwischen Öl und Segmenten und der Druckaufbau vor den Segmenten zeigten einen maßgeblichen Einfluss charakteristische Lagerkenngrößen.

Während bei Lagerberechnungen ausschließlich basierend auf der Reynold’schen Differentialgleichung die Strömung außerhalb des Schmierspaltes unberücksichtigt bleibt, kann bei einer Berechnung auf Basis der Navier-Stokes-Gleichungen die Systemgrenze weiter definiert und die Ölzuführung detailliert aufgelöst werden. Durch eine gekoppelte Lösung der Wärmeleitungsgleichung lässt sich die örtliche Temperaturverteilung im gesamten Lager genau bestimmen. Die aufgrund der Prandtl-Zahlen extrem dünnen thermischen Grenzschichten stellen dabei besondere Anforderungen bei der Erzeugung der Rechengitter. Die in Teilbereichen des Strömungsgebietes auftretende transitionelle Turbulenz erfordert die zusätzliche Lösung geeigneter Turbulenzmodelle.

Am ITR werden im Rahmen von Forschungsprojekten gekoppelte Strömungssimulation von Gleitlagern mit konjugiertem Wärmeübergang durchgeführt und durch Versuche am institutseigenen Hochleistungsgleitlagerprüfstand verifiziert. Die Forschungsergebnisse fließen in neue Berechnungsverfahren für die industrielle Praxis ein.