GPU加速的全耦合流固热SPH求解器在工业齿轮箱中的应用：锥齿轮-螺旋减速器中润滑油流动与传热分析
流体动力学
2025-12-11 v1
摘要
本研究提出了一种 GPU 加速的全耦合流固热光滑粒子流体动力学（SPH）框架，用于高保真分析飞溅润滑齿轮箱。通过改变轴转速、油浸深度和润滑油粘度，对锥齿轮-螺旋齿轮减速器进行了一系列热流体模拟，以评估其对飞溅动力学、搅油损失和润滑油温升的影响。结果表明，当转速从 150 升至 600 rad/s 时，搅油损失增加近一个数量级，而相应的润滑油温升变为大约三到四倍更小。浸没深度和粘度的变化仅适度调整加热速率——通常在 10-20% 以内——且它们的影响在低速和高速区域之间发生反转。GPU 后端相比高性能台式 CPU 提供 7-9 倍加速，使多百万粒子、全齿轮箱热流体模拟无需专用硬件。这些结果证明了工业齿轮箱高保真热分析的可行性，并提供了对控制齿轮箱热性能的飞溅、搅油和传热耦合机制的定量洞察。
引用
@article{arxiv.2512.09904,
title = {A GPU-Accelerated Fully Coupled Fluid-Solid-Thermal SPH Solver for Industrial Gearboxes: Application to Lubricant Flow and Heat Transfer in a Bevel-Helical Reducer},
author = {Yongchuan Yu and Dong Wu and Oskar J. Haidn and Xiangyu Hu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2512.09904},
year = {2025}
}