液力缓速器热流场SBES模拟与其板翅换热器多目标优化研究

发布时间：2018-01-01 07:19

本文关键词：液力缓速器热流场SBES模拟与其板翅换热器多目标优化研究　出处：《吉林大学》2016年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：随着我国经济的迅猛发展,公路货物和旅客运输的需求量也在日益增加,商用车在不断向高功率、高负载的方向发展。液力缓速器作为辅助制动器的一种,以其独特的优势在车辆辅助制动领域已获得了广泛的应用与好评。然而,液力缓速器在制动过程中,油温也会不断上升,如果冷却系统不能提供充分的换热效果,制动所产生的热量不被及时地释放,将会引发一系列热问题。本文针对液力缓速器工作过程中因制动产热而引起的一些问题,选取YH293液力缓速器为研究基型,从热引起的工作油粘度属性变化及其换热方面入手,通过液力缓速器变粘度数值计算方法更为精确的计算出了液力缓速器制动所需换热量,并以此为指标,引入多目标优化方法,为液力缓速器优化设计了满足换热要求的锯齿型板翅换热器。通过文中工作不仅可以设计出满足一定精度的板翅换热器,还可以充分利用CFD优势,深入了解换热器内部热流场结构分布,以及利用基本原理从本质上改进换热流动特性,为液力缓速器的换热设计提供了一种新思路。所做主要研究工作和相关结论如下。1.液力缓速器SBES数值计算方法针对液力缓速器流道内瞬态气液两相热流耦合流动,引入目前先进的混合RANS/LES模型中的SBES湍流模型,并依据液力缓速器工作原理及特点,搭建了属于液力缓速器自身的气液两相热流耦合SBES数学模型。此外,选用典型的圆柱绕流运动,分别从数值计算时间及流场结构捕捉的能力上,将典型的DLES及DDES模型与SBES做了对比,发现SBES可以在更少的计算时间内,捕捉到流场内更为精确的物理量值及丰富的流动结构,验证了SBES湍流模型的先进性及有效性,这为液力缓速器制动转矩预测及内部热流场分析提供了可靠保障。2.基于变粘度的液力缓速器热流场数值计算与分析以YH293液力缓速器为研究对象,提出了一种液力缓速器变粘度数值计算方法。研究发现,考虑工作介质粘度随温度变化后,与以往恒定粘度计算方法相比,制动转矩值的预测精度由原来的6%~10%提高到了4%~7%,与此同时,通过对比恒变粘度条件下的热流场结构,分析了变粘度计算能提高制动转矩值预测精度的原因。此外,还对转速为2000 rpm下的液力缓速器所需换热量进行了定量计算,以进行换热器的设计与优化。3.锯齿型板翅换热器设计及多目标优化选择以水蒸汽-空气为热交换方式的95JC1803锯齿型板翅换热器为基型,进行优化以满足液力缓速器的散热需要。研究中,首先利用公开的实验数据验证了本文采用CFD数值计算方法对锯齿型板翅换热器性能预测的可靠性,然后,将热交换介质转变为油-水,以翅片高度、节距、间距及厚度作为优化变量,结合锯齿型板翅换热器研究经验给出变量约束条件,以最大换热因子j及最小摩擦因子f作为多目标优化函数,选取最优拉丁超立方方法确定样本点,应用Kriging方法构建代理模型,选择NSGA-II多目标优化方法对锯齿型板翅换热器进行优化。将最优Pareto解的响应值与相应的CFD计算值进行了对比,发现响应值与数值计算值仅有较小偏差,从而认定了最优解的可靠信。对优化前后,不同雷诺数下的锯齿型板翅换热器的换热性能进行了对比,结果表明优化后的锯齿型板翅换热器换热因子提高12%,摩擦因子降低25%。对优化前后换热器所能提供的换热量进行了对比计算,可知优化模型可以满足液力缓速器的换热要求。4.锯齿型板翅换热器优化分析及场间协同数对比对换热器设计参数对换热性能的影响规律进行研究。为了达到较好的换热效果,翅片高度h需要小一些,使翅片热阻减小,翅片节距l也需要小一些,以增加翅片对换热介质的扰动。为强化换热效果,翅片间距s需要大一些,以增加一次换热面积。为减小换热介质流速,翅片厚度t也是需要小一些,以降低流道内阻力。使换热因子j增大,摩擦因子f减小,利于换热器性能的提升。此外,对各设计变量的优化搜索过程进行了分析,并利用流道内各物理场结构及场间协同数对换热器换热性能优化原理进行了分析。
[Abstract]:With the rapid development of the economy , the demand for the transportation of highway goods and passengers has been increasing day by day , and commercial vehicles have developed in the direction of high power and high load . In order to improve the heat transfer efficiency , the fin height h needs to be small , so as to increase the flow rate of the heat exchanger , the fin thickness t needs to be small , so as to increase the heat transfer area . In addition , the optimization search process of the fin heat exchanger is analyzed , and the optimization principle of heat exchange performance of the heat exchanger is analyzed by using the physical field structure and the field coordination number in the flow channel .

【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】：U463.5

【相似文献】