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문제 정의
- 본 연구에서는 러너의 열 전달을 포함하여 스러스트 베어링의 온도 상승을 예측하는 열 전달 및 성능 해석을 수행하고자 한다. 칼라, 유막 및 패드를 포함하여 3차원 열 전달 방정식을 수립하고, 칼라의 열 전달을 해석하기 위한 해석 기법을 개발한다.
- 문헌에 소개되는 입 구 온도를 평가하기 위한 관계식은 실험을 통한 것으로 베어링의 형식 및 형상이 달라지면 적용이 곤란하며 광범위하게 적용되는 관계식은 아직 알 수 없다. 본 연구에서는 입구 윤활유 온도를 평가하기 위하여 다음의 두 가지 방법을 고려하였다.
- 칼라, 유막 및 패드를 포함하여 3차원 열 전달 방정식을 수립하고, 칼라의 열 전달을 해석하기 위한 해석 기법을 개발한다. 이를 토대로 러너의 열 전달 모델에 따른 온도 상승 및 성능의 변화를 검토해 본다.
가설 설정
- 1) 러너의 내측으로는 adiabatic condition으로 가정한다.
- 2) Groove 및 외부 면을 통하여 대류 열 전달이 발생한다.
- 2) 유막과 접촉한 면의 온도는 유막의 온도와 동일 하다.
- 3) 그 외 면은 방출 윤활유와 접촉하며 대류 열 전 달이 발생한다.
- 3) 유막과 접촉하는 부분은 유막의 온도와 동일하다.
- 4) 중심 면은 온도가 대칭이다.
- 또한 칼라의 중심 면을 기준으로 대칭이라고 가정한다. Fig.
- 먼저 초기 조건으로 유막의 온도를 평균온도 해석으 로부터 구한 평균 유막 온도로 가정한다. Groove 오일 온도 및 방출 온도도 평균 온도 해석으로부터 구한 값을 이용한다.
- 4에 나타나 있는 것과 같고 치수 및 러너의 데이터가 Table 2에 요약되어 있다. 무 부하(inactive) 러너 면의 열 전달은 공급 오일로 대류 열 전달이 발생한다고 가정하였으며, 열 전달 계수는 2000W/m2℃로 가정하였다. 해석 결과가 Fig.
- 축 방향으로는 약 10℃ 내외의 온도 차이가 발생한다. 본 연구에서는 러너의 무 부하 면으로 대류 열 전달이 발생한다고 가정하고 있으며, 대칭 혹은 마찰이 발생하는 경우에 대해서는 다른 결과를 보여 줄 것으로 예상된다.
- 출구 윤활유의 일부는 다시 입구로 유입된다. 유막 내에서 윤활유의 온도는 입구에서 출구로 가면서 증가하지만 여기서는 유막 내의 온도가 평균 온도 Z로 일정하다고 가정한다. 주어진 패드에 대하여 에너지 평형식은 다음과 같다[3].
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