液力变矩器内流场尺度解析求解方法研究

发布时间：2018-02-21 00:11

  本文关键词： 液力变矩器 尺度解析数值模拟 热流场 叶片分段化处理　出处：《吉林大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：尺度解析法(Scale-Resolving Simulation,SRS)是大涡模拟方法(Large Eddy Simulation,LES)和混合模拟方法(Hybrid RANS/LES,HRL)的统称,它与RANS全流动尺度上进行模型化处理不同,实现了部分流动尺度上的解析求解,因此SRS模拟具有理论上的先进性。SRS模拟在液力变矩器内流场计算中应用还很不充分,只有一些有限的尝试,而未有系统深入的研究。本文依托“863计划”先进制造技术领域主题项目课题“面向土方机械动力总成全生命周期设计关键技术(2014AA041502)”,应用大量的SRS模型进行液力变矩器内部瞬态流动计算,分析了湍流模型的流动信息捕捉能力,试验验证了尺度解析方法(SRS)具有更高的准确度。为了进一步提高液力变矩器的内流场计算精度,进行了变粘度SRS热流场计算。最后将本文得到SRS计算方法成功应用在变矩器优化设计中,从而实现了理论计算更好的实现指导工程设计的目标。所做主要研究工作以及相关结论如下:(1)液力变矩器内流场尺度解析数值模拟系统性的应用SRS方法对液力变矩器进行了CFD仿真计算。从湍流模型的流场捕捉能力和外特性预测精度两方面着手,发现尺度解析方法可以高精度地预测变矩器的工作性能及其内部流动状态。其中,SBES模型和LES方法中的KET亚格子模型能够获得较高的外特性预测精度,与试验最大误差分别为3.24%和4.1%,远小于RANS中SST k-ω9.8%的最大误差值。通过流场捕捉能力对比分析,二者同样具有较好的流场捕捉能力,尤其是SBES模型能够更好地捕捉到泵轮和涡轮交界面的流动信息的连续性。然而SBES对计算网格质量要求更高,相比于KET模型,其前处理时间较长,计算花费代价相对较大。在外特性计算精度要求不高的情况下,KET模型更为适合。这不仅能够提高预测的精度,并且大大减少了湍流模型选择的难度。(2)基于变粘度的液力变矩器热流场尺度解析计算提出一种基于变粘度工作介质的变矩器内流场SRS计算方法。研究了油温对油液动力粘度的影响。并根据油液温度变化动态调整工作介质油液的粘度属性,进行了液力变矩器热流场变粘度SRS数值模拟。研究发现,考虑介质粘度随温度变化后,外特性预测精度相较恒粘度数值模拟有了长足提高,其最大误差小于3%,大幅度减少了恒粘度数值模拟预测误差。通过分析变粘度和恒粘度条件下液力变矩器内部热流场结构,解释了变粘度热流场数值模拟提高液力变矩器外特性预测精度的原因,进而阐述了考虑温度影响进行变粘度SRS计算的必要性。(3)尺度解析计算方法在液力变矩器设计中的应用基于变粘度工作介质的SRS模拟,能够准确地预测变矩器性能,使CFD技术能够在变矩器设计开发中发挥更大作用。基于SRS模拟结果对变矩器进行优化设计,能够提高变矩器效率,缩短设计周期。本文提出了对涡轮叶片进行分段化处理来提高变矩器性能的假设。在叶片的进出口角度不变基础上,根据变矩器涡轮内部叶片绕流情况,在涡轮叶片高压力区域边缘对变矩器涡轮叶片进行了三种分段化处理。设计了涡轮叶片的主叶片和尾叶片对顶式、交错式、搭叠式三种分布形式的液力变矩器。并应用SRS方法对这三种形式液力变矩器进行了变粘度数值模拟。研究结果表明涡轮叶片分段化处理后,其主叶片和尾叶片对顶式液力变矩器的性能相对原液力变矩器有长足提升。最大效率从86.2%提高到87.16%,失速变矩比由2.454提高到2.63,同时失速工况的公称转矩也有7.7%的提升。此外,通过定性、定量分析原模型和分段化处理后液力变矩器涡轮内部的流动情况,解释了涡轮叶片分段化处理后,主叶片和尾叶片对顶式液力变矩器具有较好性能的原因。将SRS方法应用在变矩器性能改进过程中,能够为变矩器设计工作提供参考。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TH137.332

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本文编号：1520435