表面あらさを考慮した乱流潤滑問題の研究

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タービンやコンプレッサに代表される回転機械の大形化・高速化、低動粘度の流体を潤滑剤として使用する特殊な軸受の出現、高速回転軸用シール内の流れの乱流化などにともなって、乱流潤滑問題に対する関心は最近ますます高まってきている。同時に、乱流潤滑に関する研究も活発に行なわれてきており、すでに数多くの乱流潤滑理論が公表されている。しかしながら、従来の理論はいずれも潤滑面が完全になめらかであるという前提のもとに展開されており、表面あらさの影響は一切考慮されていない。そこで本研究では、まず表面あらさが一様に分布する二壁面間の圧力流れとせん断流れについて、それぞれの流れに対する摩擦抵抗法則を乱流境界層の対数速度分布式を利用して別個に定式化し、両者の間に類似性が存在することに注目して、表面あらさの影響を考慮した修正乱流潤滑方程式と修正乱流係数に関する非線形連立方程式を導出した。次に、この一般方程式を表面あらさを有するジャーナルすべり軸受に適用して、差分法と緩和加速法を用いて数値解析し、圧力分布、ゾンマーフェルド数、偏心角、摩擦係数、流量などの静特性、及び弾性係数、減衰係数、ホワール開始速度、ジャーナル中心軌跡の時間的変化などの動特性を求めて、表面あらさがこれらの静及び動特性に及ぼす影響を理論的に明らかにした。さらに、表面あらさの突起高さ(最大あらさ)の異なる三種のジャーナル軸受を製作して、軸受の偏心角と偏心率を広範囲のゾンマーフェルド数領域に対して測定した。また、ジャーナル中心の時間的変化を広範囲の回転数領域に対して実験的に検討した。これらの理論並びに実験的検討から、表面あらさは膜圧力、負荷能力、摩擦係数を増大させ、流量とホワール開始速度を低下させることが明らかとなった。また、理論解析結果と実験結果は良く一致し、理論の妥当性が確かめられた。