Evaluation of hydrodynamic bearings with geometric discontinuities

Mancais hidrodinâmicos são amplamente utilizados em máquinas rotativas, sendo o elemento responsável pela interação entre o rotor e a estrutura de fundação. Portanto, a fim de descrever o comportamento dinâmico dos eixos em rotação, é necessário conhecer as características desses mancais. Por esta razão, a proposta deste trabalho é analisar as características dinâmicas e operacionais de diferentes configurações de mancais radiais hidrodinâmicos. O objetivo deste projeto é desenvolver e implementar uma representação consistente para o modelo matemático que descreve o comportamento do mancal hidrodinâmico, através da equação de Reynolds e, assim, obter a distribuição da pressão no mancal, bem como os coeficientes dinâmicos, a fim de avaliar o desempenho de diferentes geometrias em condições severas, altas velocidades de rotação e alta carga aplicada. Um modelo numérico para a solução da equação de Reynolds, com a ajuda da equação de Bernoulli, obtém o campo de pressão gerado dentro do filme de óleo. Os coeficientes dinâmicos são obtidos a partir de um conceito semelhante ao de um sistema mola-amortecedor, a fim de representar a flexibilidade e o amortecimento inerentes ao filme de óleo. A abordagem numérica utilizada neste estudo é feita através do método dos volumes finitos. A escolha deste método foi feita devido à sua ampla utilização na simulação numérica dos fenômenos da dinâmica dos fluidos e transferência de calor. O trabalho apresenta uma análise para três diferentes geometrias de mancais: um cilíndrico, um elíptico e um trilobular. Além das diferentes geometrias, o projeto também propõe um estudo sobre o efeito de algumas descontinuidades geométricas no comportamento dos mancais. As descontinuidades foram introduzidas na forma de ranhuras axiais, e seu efeito é então comparado com o desempenho dos mancais sem a introdução destas descontinuidadesHydrodynamic bearings are widely used in rotating machines, being the element responsible for the interaction between the rotor and the supporting structure. Therefore, in order to describe the dynamic behavior of the rotating shafts, it is necessary to know the journal bearings characteristics. For this reason, the purpose of this work is to analyze the dynamic and operational characteristics of different configurations of radial hydrodynamic bearings. The objective of this project is to develop and implement a consistent mathematical representation for the model of the hydrodynamic bearing through the Reynolds equation and thereby obtain the pressure distribution in the bearing, as well as the dynamic coefficients, in order to evaluate the performance of different geometries in severe conditions, high speeds and high-applied load. A numerical model for the solution of Reynolds equation, with help from the Bernoulli equation, obtains the pressure field generated inside the oil film. For the dynamic coefficients, they are obtained from a similar concept to the spring-damper, in order to represent the inherent flexibility and damping of the oil film. The numerical approach used in this study is done using the finite volume method. The choice of this method was made due to their widespread use in the numerical simulation of phenomena of fluid dynamics and heat transfer. The work presents an analysis for three different geometries of bearings: a cylindrical, an elliptical and a three-lobe. In addition to the different geometries, the project also proposes a study on the effect of some geometric discontinuities in the behavior of the bearings. The discontinuities were introduced in the form of axial grooves, and its effect is then compared with the performance of bearings without these groove