限矩型液力偶合器多流动域流场及参数优化研究

发布时间：2017-08-13 17:09

  本文关键词：限矩型液力偶合器多流动域流场及参数优化研究

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【摘要】：限矩型液力偶合器因其功能可靠,价格低廉,使用维护简单在工业机械设备中得到广泛应用,各类限矩型偶合器均具有改善传动品质和节约能源的特性。随着工业领域的机械设备向大功率、大惯量、高转速方向发展,对与之相匹配的限矩型液力偶合器产品的性能提出了更高的要求。而国内对限矩型液力偶合器的开发研究基本上是在福伊特产品的基础上进行改进,缺乏自主研发的关键技术,同时关于限矩型液力偶合器的理论研究较少,对其三维两相流动机理研究的不够深入。本文从限矩型液力偶合器数值计算方法、多流动域内部流动机理分析及特性预测、台架试验和多目标优化等方面对循环圆直径为560mm、带有前后辅腔的限矩型液力偶合器进行了较为系统的研究。主要的研究工作和结论如下:1.限矩型液力偶合器流场分析方法在液力偶合器CFD仿真计算过程中,湍流模型与两相流模型对于计算结果的影响较大。比较DNS模型、LES模型和标准k-?模型三种湍流模型对液力偶合器流场计算结果和计算周期的影响,选取标准k-?模型作为液力偶合器仿真计算的湍流模型。分析两相流模型VOF模型、MIX模型和Euler模型的适应性和优缺点,选用VOF模型对液力偶合器的环流特性进行分析,选用MIX模型对液力偶合器的压力、速度流场进行分析,并对其特性进行预测。2.限矩型液力偶合器多流动域数值计算及结果分析限矩型液力偶合器的工作腔、前辅腔以及后辅腔形成一个多流域,工作液体通过在多流域内改变环流形态从而达到限矩的目的。为研究其环流形态和流动机理,建立限矩型液力偶合器三维模型并抽取叶轮流道三维几何模型划分网格;进行CFD仿真计算。利用VOF模型追踪液力偶合器气液两相分布界面,分析其在不同充液率、三种典型工况下的轴面、叶片压力面和叶片吸力面的环流形态,利用MIX模型获得液力偶合器流场速度、压力分布,分析液力偶合器多流动域耦合流动机理,并计算其原始特性。3.限矩型液力偶合器台架试验研究在液力传动试验台上对限矩型液力偶合器进行试验测试,分别测得三个充液率(q=40%、q=62.5%和q=80%)、转速比i(28)0~i(28)96.0之间的19个工况的转矩值,将转矩值进行处理拟合出液力偶合器原始特性曲线,与MIX模型计算获得的仿真原始特性曲线进行对比,分析MIX模型对限矩型液力偶合器特性预测的准确性。4.限矩型液力偶合器多目标优化设计为获得更好的性能,对液力偶合器结构进行优化。影响限矩型液力偶合器性能的参数较多,由传统设计方法得到的参数方案不一定能达到液力偶合器的最佳性能,所以需要对参数进行整体优化寻找最优的参数方案。以液力偶合器的过载系数和泵轮转矩系数为目标函数,选定设计变量,给出相应的约束条件,选择拉丁超立方实验方法选取实验样本点和检测样本点,利用径向基函数模型(RBF)构建代理模型,选择NSGAII非支配排序遗传算法进行优化计算。对比优化前后限矩型液力偶合器的过载系数和泵轮转矩系数,说明优化后的限矩型液力偶合器的过载保护能力增强,传递转矩的能力适当。
【关键词】：限矩型液力偶合器 多流动域流场 台架试验 特性预测 多目标优化
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH137.331
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第1章 绪论12-22
• 1.1 选题背景及研究目的与意义12-14
• 1.2 国内外液力偶合器研究现状14-19
• 1.2.1 国外研究现状14-17
• 1.2.2 国内研究现状17-19
• 1.3 主要研究内容19-22
• 第2章 液力偶合器流场分析理论与方法22-34
• 2.1 基本控制方程22-23
• 2.2 湍流模型选取23-28
• 2.3 两相流模型选取28-32
• 2.3.1 气液两相流型概述28-29
• 2.3.2 气液两相流模型的选取29-32
• 2.4 多流动区域耦合算法32-33
• 2.5 本章小结33-34
• 第3章 限矩型液力偶合器多流动域流场特性预测34-52
• 3.1 限矩型液力偶合器多流动域34-35
• 3.1.1 限矩型液力偶合器多流动域定义34
• 3.1.2 限矩型液力偶合器工作原理34-35
• 3.2 限矩型液力偶合器多流域流场计算35-42
• 3.2.1 限矩型液力偶合器特性预测流程35-36
• 3.2.2 三维几何模型及流道模型36-38
• 3.2.3 流道网格模型及网格无关性验证38-40
• 3.2.4 边界条件设置40-42
• 3.3 多流动区域流场分析42-49
• 3.3.1 基于VOF模型的流场分析42-46
• 3.3.2 基于MIX模型的流场分析46-49
• 3.4 限矩型液力偶合器原始特性计算49-51
• 3.5 本章小结51-52
• 第4章 限矩型液力偶合器台架试验52-62
• 4.1 限矩型液力偶合器试验52-56
• 4.1.1 试验目的52
• 4.1.2 试验台系统组成52-54
• 4.1.3 试验方案与流程54-56
• 4.2 试验结果与仿真结果对比56-59
• 4.3 限矩型液力偶合器性能分析59-61
• 4.4 本章小结61-62
• 第5章 限矩型液力偶合器参数优化62-80
• 5.1 多目标优化模型构建基础62-66
• 5.1.1 Pareto解62
• 5.1.2 实验设计方法62-63
• 5.1.3 优化算法63-64
• 5.1.4 代理模型构建方法64-65
• 5.1.5 代理模型精度检测65-66
• 5.2 代理模型的构建66-74
• 5.2.1 设计变量和约束条件66-67
• 5.2.2 目标函数67-68
• 5.2.3 代理模型68-74
• 5.3 优化计算及优化前后液力偶合器性能对比分析74-77
• 5.3.1 优化及计算结果分析74-76
• 5.3.2 优化前后液力偶合器性能对比76-77
• 5.4 本章小结77-80
• 第6章 结论与展望80-82
• 6.1 结论80-81
• 6.2 展望81-82
• 参考文献82-88
• 作者简介及在学期间所取得的科研成果88-89
• 致谢89

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本文编号：668390