大功率液力变矩器三维流场数值计算与分析

发布时间：2017-11-21 05:20

  本文关键词：大功率液力变矩器三维流场数值计算与分析

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【摘要】：液力行星齿轮复合传动装置具有传动功率大、效率高、相比于调速型液力偶合器高效调速范围宽等特点，应用于大功率离心式的泵、风机等需要进行流量调节的大型设备上，节能效果显著，因而在电厂、石油、化工等行业得到广泛应用。然而，国内的这一高效调速传动装置技术尚不成熟，同类产品主要依赖于国外进口。液力行星齿轮复合传动装置涉及多项关键技术，其中，导叶可调式液力变矩器是该传动装置的重要液力调控元件。工作于液力行星齿轮复合传动装置中的可调式液力变矩器通常为上千千瓦的功率等级，而这种大功率的液力变矩器在国内的应用也很少见。本文以曾经应用于挖泥船的LB46型液力变矩器为参考基型，采用相似设计的方法，针对某一典型应用实例初步确定大功率液力变矩器的基本结构参数，并利用数值模拟方法对其特性进行相应预测及轴向力的相关分析，为液力行星齿轮复合传动装置的研发以及今后类似大功率可调液力变矩器的开发提供一定的参考。 本文首先对应用于流场数值模拟中的流体力学基本方程以及数值计算的离散方法进行了简单介绍，分别给出了目前被广泛应用的两方程湍流模型的输运方程，并对这些湍流模型的适用范围进行了探讨。本文还对国内外研究液力变矩器流场的数值计算方法进行了概括和总结，得到了进行液力变矩器流场数值计算的一般设置过程和方法，以LB46型液力变矩器为例，详细介绍了适用于离心涡轮液力变矩器流场数值模拟的过程和方法。 本文分别用标准k-ε模型和SST模型对LB46型液力变矩器的流场进行了数值模拟，通过对以上两种湍流模型数值计算结果的对比与分析，确定了适合用于离心涡轮液力变矩器流场数值模拟的湍流模型。同时对偏离设计工况下的数值模拟结果与实验结果存在的误差进行了相应分析。利用与LB46相同的数值模拟过程和方法并选用SST模型对基于相似设计的大功率液力变矩器LB830的特性进行了预测与分析。 本文分别介绍了液力变矩器轴向力的传统计算方法和数值模拟计算方法，针对于大功率液力变矩器LB830，对其泵轮和涡轮所受轴向力进行了相应的计算，，并将两种方法的计算结果进行了对比，阐明了液力变矩器轴向力的传统计算方法存在局限性，使计算结果产生了较大误差。通过对叶轮内外流场的数值计算，得到了泵轮和涡轮轴向力随工况变化的趋势，并分析了泵轮和涡轮总体轴向力随工况变化的主要影响因素。通过对不同导叶开度下泵轮和涡轮轴向力的数值计算，得到了循环流量的变化对泵轮和涡轮轴向力所产生的影响。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH137.332

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本文编号：1209841