高速小型液力偶合器内部流场数值模拟及性能预测

发布时间：2017-05-08 12:03

  本文关键词：高速小型液力偶合器内部流场数值模拟及性能预测，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：液力偶合器是一种柔性联接装置，由泵轮和涡轮两个部件组成，通过工质在泵轮和涡轮之间循环往复运动传递能量。由于液力偶合器没有导轮等其他耗能部件，且工质是液体，因此其效率高、寿命长、自适应强。 与传统传动装置相比，液力偶合器有很多优势，因此是目前最受关注的传动节能技术之一。在“高效、节能、低碳内燃机余热能梯级利用基础研究”（973计划）项目中，液力偶合器将用于联接动力涡轮和发动机曲轴，出于整个系统紧凑化、效率最优化的考虑，小型、高速、大功率的液力偶合器的研究成为重点。 本文首先采用CFD数值模拟方法，，对YOX150液力偶合器样机的泵轮与涡轮流体区域分别建立了全流道三维计算模型，采用了质量较高的六面体结构化网格，并设置了边界层网格以保证y满足计算要求。由于实际液力偶合器内部流动的是气液两相流动，而两相流数值模拟耗时长、收敛慢，对全工况范围内的流动进行两相流数值模拟难以完成。因此最终采用SST k湍流模型进行全工况全充液（假设充液率100%）定常计算，分别得到其在高低不同输入转速（3000r/min和7500r/min）下的输出特性，分析输入转速升高对其特性的影响；同时采用RNGk湍流模型和VOF两相流模型对一些特定工况点进行部分充液（充液率80%）非定常计算，以分析内部气液两相流场，得到其损失来源，从而为进一步的液力偶合器的改型打下基础。 此外，本文搭建了液力传动试验台，完成了低转速（3000r/min）特性试验，所测特性与计算值相符，说明数值计算可以用来预测液力偶合器性能。 研究结果表明，当输入转速不同时，液力偶合器的输出特性并不完全符合相似原理，即泵轮扭矩系数并不相等。而输入转速n B不同且转速比i相同的工况下，流场具有相似性，在叶片以及偶合器外壁处出现脱流等现象，两相分布随着转速比的降低逐渐发展成大环流。且传统相似设计的偶合器样机在额定工况点，输入转速7500r/min时，传递扭矩仅有17kW，远低于实际需要。 在对数值模拟结果的分析基础上，对偶合器样机进行水力设计改型，增加了叶片数，以及将传统直叶片改为三维弯叶片。数值模拟结果表明，改型后的液力偶合器，流场得到了改善，传递功率大大提高。
【关键词】：液力偶合器 数值模拟 气液两相流 试验验证 改型
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH137.331
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 主要符号对照表8-9
• 第1章 绪论9-20
• 1.1 选题意义9-11
• 1.1.1 内燃机行业节能减排潜力9-10
• 1.1.2 余热能回收技术对高速小型液力偶合器的需求10-11
• 1.2 研究现状11-17
• 1.2.1 液力偶合器设计及研究现状12-13
• 1.2.2 高速小型液力偶合器设计及研究方法13-14
• 1.2.3 湍流数值模拟研究现状14-16
• 1.2.4 两相流模型应用现状16-17
• 1.3 本文主要研究工作17-20
• 第2章 高速小型液力偶合器数值模拟方法20-26
• 2.1 几何模型建立20-21
• 2.2 网格划分21-23
• 2.2.1 网格生成方法21-22
• 2.2.2 网格无关化验证22-23
• 2.3 边界条件设置23-24
• 2.4 本章小结24-26
• 第3章 高速小型液力偶合器全充液特性分析26-35
• 3.1 全充液数值模拟简介26-27
• 3.2 高低转速下外特性曲线的对比分析27-32
• 3.2.1 扭矩与转速比的关系曲线27-29
• 3.2.2 效率与转速比的关系曲线29-31
• 3.2.3 全特性曲线31-32
• 3.3 高低转速下原始特性曲线的对比分析32-33
• 3.4 本章小结33-35
• 第4章 高速小型液力偶合器部分充液水力性能分析35-50
• 4.1 部分充液数值模拟简介35-36
• 4.2 高低转速下剖面流场的对比分析36-49
• 4.2.1 A-A 剖面流场36-41
• 4.2.2 B-B 剖面流场41-44
• 4.2.3 C-C 剖面流场44-49
• 4.3 本章小结49-50
• 第5章 液力偶合器试验与数值结果分析50-58
• 5.1 液力偶合器试验方法50-53
• 5.1.1 试验台搭建50-51
• 5.1.2 低转速试验方案与流程51-53
• 5.2 数值计算与试验结果分析53-57
• 5.2.1 低转速数值计算与试验结果对比53-55
• 5.2.2 高转速工况运行特性预测55-57
• 5.3 本章小结57-58
• 第6章 高速小型液力偶合器改型设计58-71
• 6.1 水力模型设计58-59
• 6.2 改型后数值模拟方法59-61
• 6.2.1 网格划分59-60
• 6.2.2 边界条件设置60-61
• 6.3 改型前后高转速下全充液特性对比61-63
• 6.3.1 外特性曲线对比61-63
• 6.3.2 原始特性曲线对比63
• 6.4 改型前后高转速下部分充液流场对比63-68
• 6.4.1 A-A 剖面流场对比64-66
• 6.4.2 B-B 剖面流场对比66
• 6.4.3 C-C 剖面流场对比66-68
• 6.5 改型前后高转速下输出特性对比68-69
• 6.6 本章小结69-71
• 第7章 结论71-73
• 参考文献73-77
• 致谢77-79
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果79

【参考文献】

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本文编号：351085