液力变矩器泵轮叶片优化设计研究

发布时间：2017-04-01 21:04

  本文关键词：液力变矩器泵轮叶片优化设计研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：液力变矩器是液力传动领域主要的元件,因其独特的变矩特性,广泛应用于工程领域,但液力变矩器的性能还有待人们去不断提高,而变矩器的性能又与叶轮的叶型有着密切关系,因此开发和完善液力变矩器叶轮叶型对于提高变矩器性能有着重要意义。本文以LB46型导叶可调式液力变矩器为研究对象,基于多学科优化设计软件Isight,对变矩器泵轮叶片进行了优化设计,目的在于提高变矩器的最高效率,为进一步提高液力变矩器性能提供方案参考。本文的主要工作包括以下几个部分:①对液力变矩器的基本理论进行简述,结合目前国内外液力变矩器流场仿真分析的研究现状,并针对变矩器叶轮叶型优化的研究现状,引入针对LB46型导叶可调式液力变矩器泵轮叶片优化设计的应用研究;②对流体运动的基本概念、基本控制方程以及计算流体力学的求解过程进行了简单介绍,针对目前广泛应用于流场仿真分析的基于有限体积法的CFD计算方法分别进行了分析;③通过对LB46型导叶可调式液力变矩器泵轮叶片叶型几何形状的研究,引入风力机翼型型线表达的集成方法,基于保角变换原理对泵轮叶型形状进行修正,进行了四个不同阶次的拟合。最后选取三次拟合结果,应用计算流体力学方法,对变矩器进行流场数值计算,预测的原始特性曲线与实验结果相吻合,验证了风力机翼型型线集成方法在泵轮叶片叶型集成中的通用性;④建立适合问题求解的多岛遗传优化算法(MIGA)优化模型,分别基于Matlab遗传算法工具箱编写的遗传算法和Isight优化算法库中的多岛遗传算法模块,通过寻求多元多峰函数Shubert的最优解来对遗传算法的全局搜索能力和可靠性进行测试,证明该算法适合于泵轮叶片叶型最优化问题的求解;⑤基于多学科设计优化框架软件Isight将多岛遗传算法优化模块与Fluent流体仿真分析模块集成起来,进行泵轮叶型的参数化优化设计。以LB46型液力变矩器实验测量叶型为基准进行优化,泵轮叶型优化后的液力变矩器性能明显提高,解决了复杂流场计算与外形优化设计联立求解及自动化运行的难题,为开发设计出高性能液力变矩器的叶型提供了一种新的可靠方法。
【关键词】：LB46型液力变矩器泵轮叶型 参数化 多岛遗传算法 Isight集成
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH137.332
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-9
• 1 绪论9-25
• 1.1 课题研究背景及意义9-11
• 1.2 液力变矩器结构及工作特性11-19
• 1.2.1 液力变矩器工作原理11-13
• 1.2.2 液力变矩器的分类13
• 1.2.3 液力变矩器的特性参数13-17
• 1.2.4 液力变矩器的特性曲线17-19
• 1.3 液力变矩器流场的研究现状19-23
• 1.3.1 液力变矩器流场的理论发展19-20
• 1.3.2 液力变矩器实验测量方法的发展20-21
• 1.3.3 液力变矩器内流场仿真分析的发展现状21-23
• 1.4 本文主要的研究内容23-25
• 2 计算流体力学基本理论研究25-35
• 2.1 引言25
• 2.2 流体运动的描述及其基本概念25-26
• 2.2.1 黏性流体与理想流体25
• 2.2.2 定常流动与非定常流动25
• 2.2.3 流量、平均流速和通流截面25-26
• 2.3 流体流动的基本控制方程26-28
• 2.3.1 质量守恒（连续性）方程26-27
• 2.3.2 动量守恒（Navier-Stokes）方程27
• 2.3.3 能量守恒（伯努利）方程27-28
• 2.4 计算流体力学（CFD）的求解过程28-30
• 2.5 基于有限体积法的CFD计算方法30-34
• 2.5.1 计算流体动力学的计算方法30-31
• 2.5.2 有限体积法的求解过程31-33
• 2.5.3 有限体积法的离散格式33-34
• 2.6 流场数值计算的方法34
• 2.7 本章小结34-35
• 3 LB46 型液力变矩器泵轮叶型集成35-45
• 3.1 引言35
• 3.2 翼型型线集成理论研究35-38
• 3.2.1 儒可夫斯基变换35-36
• 3.2.2 形状函数方程36-38
• 3.2.3 形状函数控制方程38
• 3.3 泵轮叶型型线参数化集成结果38-42
• 3.4 参数化集成结果分析42-44
• 3.5 本章小结44-45
• 4 LB46 型液力变矩器泵轮叶型优化算法45-54
• 4.1 引言45
• 4.2 优化理论与方法45-48
• 4.2.1 优化算法概述45-46
• 4.2.2 传统遗传算法46-47
• 4.2.3 多岛遗传算法47-48
• 4.3 优化算法测试48-53
• 4.3.1 基于Matlab的遗传算法测试48-50
• 4.3.2 基于Isight的多岛遗传算法测试50-53
• 4.4 本章小结53-54
• 5 基于Isight的LB46 型液力变矩器泵轮叶型优化设计54-66
• 5.1 引言54
• 5.2 多学科设计优化软件Isight54-57
• 5.2.1 Isight的起源54
• 5.2.2 Isight的主要功能54-56
• 5.2.3 Isight的工作原理56-57
• 5.3 基于Isight的优化流程57-62
• 5.3.1 泵轮叶型参数化模型生成模块57-58
• 5.3.2 泵轮网格自动划分模块58-59
• 5.3.3 液力变距器内流场计算模块59-60
• 5.3.4 Calculator效率计算模块60
• 5.3.5 Isight多岛遗传算法优化模块60-61
• 5.3.6 Isight优化流程61-62
• 5.4 优化结果62-65
• 5.5 本章小结65-66
• 6 总结与展望66-68
• 6.1 全文总结66
• 6.2 研究工作展望66-68
• 致谢68-69
• 参考文献69-72

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