轿车液力变矩器扁平率研究

为研究扁平率对液力变矩器性能的影响,提出了基于椭圆的循环圆设计方法,定义椭圆短轴与长轴比值为扁平率,设计出4种不同扁平率液力变矩器.利用CFD软件对不同扁平率液力变矩器内部瞬态流场和特性进行计算.深入分析了不同扁平率液力变矩器的内流场及性能.液力变矩器内部流动结构随扁平率变化而改变,如低速比工况涡轮叶片工作面高压区随扁平率下降而扩大,数值上却降低.流动结构的改变引起性能的变化,计算表明液力变矩器最高效率随扁平率减小而降低.适当减小扁平率可以提高起动变矩比,继续减小后将下降.适当减小扁平率也可以使低速比工况泵轮容量系数降低,泵轮将吸收更大功率.总体上,液力变矩器性能随扁平率减小而降低.     

轿车液力变矩器扁平率研究

为研究扁平率对液力变矩器性能的影响，提出了基于椭圆的循环圆设计方法，定义椭圆短轴与长轴比值为扁平率，设计出4种不同扁平率液力变矩器。利用CFD软件对不同扁平率液力变矩器内部瞬态流场和特性进行计算。深入分析了不同扁平率液力变矩器的内流场及性能。液力变矩器内部流动结构随扁平率变化而改变，如低速比工况涡轮叶片工作面高压区随扁平率下降而扩大，数值上却降低。流动结构的改变引起性能的变化，计算表明液力变矩器最高效率随扁平率减小而降低。适当减小扁平率可以提高起动变矩比，继续减小后将下降。适当减小扁平率也可以使低速比工况泵轮容量系数降低，泵轮将吸收更大功率。总体上，液力变矩器性能随扁平率减小而降低。     

基于霍夫变换的液力变矩器泵轮内部流速提取

液力变矩器传递能量的特性受其内部流场结构的影响,而内部流动特性决定其外部性能.为实现液力变矩器内部流动可视化,并在此基础上实现其内部流动速度的定量测量,提供详细且准确的流场试验测量结果,进一步完善对液力变矩器内部流动机理的研究.基于粒子图像测速（PIV）技术,对液力变矩器泵轮内部流场进行试验研究,在单次曝光下CCD相机采集泵轮径向切面流动图像,记录流场中示踪粒子的运动信息.通过图像处理技术识别流场中粒子运动轨迹的图像特征,以霍夫变换直线检测理论为指导,自动提取泵轮径向切面示踪粒子运动轨迹.由此实现了泵轮内部流动可视化,提高了流速矢量识别与量化计算效率.PIV试验测量结果能够揭示泵轮内部真实的物理流动现象和流场瞬态变化情况,为液力变矩器的性能预测及合理设计提供理论和实践参考依据.     

液力变矩器导轮流场数值模拟与试验

利用CFD分析软件对W305型液力变矩器的内部流场进行了仿真计算。采用混合平面理论处理旋转速度不同的各叶轮之间的相互作用。基于仿真计算结果,重点分析了导轮内流场的速度和压力分布情况,并将导轮内流场计算结果与试验结果进行了对比分析,结果表明流场计算结果具有较高的精度。     

直叶片达里厄风轮流场非定常数值计算

为了提高达里厄风轮复杂内部湍流流场的认知程度,采用非定常k-ω湍流模型和滑移网格技术,对采用NACA0012翼型的直叶片达里厄风轮的空气动力流场进行二维数值研究,分析叶片流场、叶片动力矩特性、转速对风轮流场的影响规律.叶片流场研究结果给出了叶轮不同时刻、不同位置的流场,揭示叶片攻角随方位角的变化规律为非简单地遵循正弦曲线.动力矩特性曲线揭示叶片在90°方位角时产生最大力矩值,在下盘面动力矩极小并接近于0甚至为负值,证明攻角均极小.比较同一风速、不同转速下的流场发现,随着转速增大,内流场风速逐渐减小;比较动力矩曲线发现,随着转速增大,上盘面动力矩最高值先增大后减小,存在最大值;下盘面动力矩极低值逐渐减小且范围变广.计算结果与试验结果的对比证明,滑移网格技术和湍流模型的模拟计算能够较好地反映直叶片立轴风轮流场特性.     

基于复杂性测度的变矩器流场仿真模型可信度分析

为客观准确地评价液力变矩器流场仿真模型的可信度,对某型液力变矩器进行了300次性能试验,并按照与试验完全相同的输入量对流场仿真模型进行300次仿真计算,将仿真结果和试验结果进行了对比.基于复杂性测度理论,建立了仿真与试验两组数据系统单变量、两变量和多变量等3个层次的可信度评估体系,并提出复杂性、关联性和稳健性3种仿真模型可信度量化指标.结果显示,该流场仿真模型的整体可信度为72％.     

三元件向心涡轮液力变矩器环面流线法设计

对三元件向心涡轮液力变矩器的设计方法进行了研究,提出了基于环面流线的设计方法.将流体质点在液力变矩器内部的运动看作为在环面上的曲线运动并可分解为轴面分量和周向分量,推导了轴面流线方程和环面流线方程.分析了叶片对于流线的影响,给出了流线型叶片厚度函数.将叶型骨线和叶片厚度函数相结合,得到了叶片表面的计算方程.研究结果表明,三元件向心涡轮液力变矩器的轴面流线和环面流线都比较接近抛物线.     

基于边界层分离理论的低比转数离心泵设计

为研究边界层分离对低比转数离心泵水力性能的影响规律,由边界层不发生分离条件,结合离心泵湍流边界层理论,在不改变叶轮进出口几何参数的情况下,通过实际案例设计新的叶轮叶片型线,探索在水力设计中防止或抑制过流表面边界层分离的方法.叶轮叶片型线方程以叶片安放角β为变参数,引入速度系数kv作为中间因子.水力设计计算结果显示:边界层动量损失厚度随速度系数kv的增大而变厚,理论扬程随速度系数kv的增大而升高;在满足理论扬程的条件下,减小叶片型线方程中速度系数kv的取值,有利于抑制过流表面边界层的分离.数值模拟结果表明,低比转数离心泵叶轮叶片型线设计不合理是导致过流表面边界层分离的主要原因,边界层分离引起泵的水力性能下降,在设计工况下,改型泵的扬程比原型泵的扬程增加不明显,但水力效率有所提升;新的叶轮叶片型线对内流场状况有一定的改善作用,能有效防止回流与涡旋的产生和发展.     

前弯型叶片液力透平的数值计算

为研究具有前弯型叶片液力透平的性能,设计了3种不同比转数具有前弯型叶片液力透平.采用全流场和结构化网格技术对液力透平内部流动进行数值计算,分析了具有前弯型叶片液力透平在不同流量下的外特性、压力场和速度场,得到了液力透平叶轮和尾水管内部流场随流量变化规律.研究结果表明:透平内部压力场从蜗壳进口经叶轮到尾水管出口压力逐渐减小,随流量的增大,液力透平的进出口压差逐渐增大;在前弯型叶片工作面存在旋涡区域,旋涡位置和区域大小随着流量的变化而变化;在尾水管横截面上存在随流量而变化的圆周速度分量;叶轮内部的水力损失是前弯型叶片液力透平内部的主要的水力损失,在3种液力透平中都占总水力损失的60%以上,并随比转数增大而逐渐增大.因此,前弯型叶片液力透平的优化设计应主要集中在叶轮研究.     

垂直轴风力机叶片动态失速数值模拟

利用数值计算方法研究了一种典型的大高径比垂直轴风力机叶片动态失速现象。在验证数值计算方法可靠的基础上,结合速度矢量图和涡量图,研究了8 m/s风速时风力机在不同尖速比下叶片动态失速现象以及风轮尺寸改变时风轮动态失速流场及其对风力机功率系数的影响规律。研究表明,尖速比过低,增大弦径比和叶片数均导致叶片动态失速和气流分离呈现加剧趋势,削弱风力机的气动性能。对用于城市风力发电的大高径比垂直轴风力机,应使其在最佳尖速比下运行,同时控制弦径比在0.2~0.4之间,叶片数为3或4,以获得较好的气动性能。     

液力传动机械动力匹配方法研究

对配有液力变矩器的工程机械传动系统匹配方法进行了对比研究,分析了传统匹配方法的优劣势,并结合实际工况和整车等效万有特性,提出了一种新的液力机械动力总成匹配方法。应用该方法研究了液力变矩器能容和变矩比对整车性能的影响,并对一款实际生产的叉车进行分析,完成动力总成系统的优化。该方法对液力机械动力总成匹配具有重要的参考价值。     

基于CFD的调速型液力偶合器设计方法

提出基于UG和CFD的调速型液力偶合器参数化设计和优化设计方法.建立了调速型液力偶合器参数化模型和优化设计流程.基于流场数值解与实验结果的原始特性曲线吻合较好,故CFD可用于复杂的液力偶合器气液两相流动计算.针对3个不同的参数方案,对制动工况、牵引工况和额定工况进行流场数值计算及原始特性预测,并与基型偶合器对比,得到方案2的流动分布较合理,压力差与速度差较小,泵轮转矩系数较大,为基型偶合器的合理优化方案.     

长短叶片对液力透平性能的影响

为了研究长短叶片对液力透平性能的影响,制作了液力透平样机,搭建了开式液力透平实验台,对有、无长短叶片的叶轮分别进行了数值和实验研究。研究结果表明,长短叶片的增加可以提高液力透平的效率,增加最高效率点的流量,降低液力透平的扬程。内部流场分析表明,长短叶片的增加,可以改善叶轮内部流场分布,减小叶轮内部漩涡的区域和强度,改善液力透平内部流动规律。对液力透平内部功率损失分布分析表明,液力透平内部的功率损失主要集中在叶轮内部,长短叶片的增加,改善了叶轮内部流动,减小了叶轮内部的功率损失。叶片数的增加加剧了叶轮和蜗壳之间的相互作用,因此蜗壳内部的功率损失有所增加。     

基于CFD的调速型液力偶合器设计方法

提出基于UG和CFD的调速型液力偶合器参数化设计和优化设计方法。建立了调速型液力偶合器参数化模型和优化设计流程。基于流场数值解与实验结果的原始特性曲线吻合较好，故CFD可用于复杂的液力偶合器气液两相流动计算。针对3个不同的参数方案，对制动工况、牵引工况和额定工况进行流场数值计算及原始特性预测，并与基型偶合器对比，得到方案2的流动分布较合理，压力差与速度差较小，泵轮转矩系数较大，为基型偶合器的合理优化方案。     

不同扁平率无内环液力变矩器设计与性能分析

提出一种扁平化无内环液力变矩器,研究不同扁平率和有无内环对其性能的影响.采用基于椭圆的扁平循环圆设计方法,设计3种不同扁平率的无内环循环圆且叶形为空间扭曲的扁平化液力变矩器.利用CFD软件对不同扁平率的无内环变矩器进行数值模拟,分析了内部流场的压力和速度分布,得到了扁平率和有无内环对变矩器流场和性能的影响规律.     

离心泵分流叶片参数对性能影响的灰色理论分析

为研究离心泵分流叶片参数对其性能的影响,应该侧重于参数排序的规律性及其可靠性方面.采用灰色理论分析了4种不同情况下分流叶片周向偏置角β、偏转角α、进口直径D＇和叶片数Z对扬程和效率的综合影响及其规律.通过大量计算,得到了这4个几何参数对扬程和效率影响排序结果.研究结果表明：在4种情况下,4个几何参数中分流叶片周向偏置角β对扬程影响最大,偏转角α影响最小,进口直径D＇和叶片数Z对扬程的影响,依次处于它们之间;进口直径D＇对效率影响最大,偏转角α影响最小,参数β和Z的影响,介于两者之间.分流叶片参数排序重复性好,可靠性高.研究结果为进一步研究低比转数离心泵水力性能和优化设计提供了重要的依据.     

液力减速器模型空化特性数值模拟及试验研究

为了研究液力减速器内部流场空化特性,基于ANSYS CFX软件,采用RNG k-ε湍流模型和Zwart-Gerber-Belamri空化模型,选取液力减速器模型单个流道作为研究对象,对其在泵轮外环壁不同压力时进行数值模拟,并搭建减速器试验台,进行降压性能试验.将数值模拟结果与试验结果进行对比分析,验证了数值模拟方法对液力减速器空化特性预测是可靠的.研究结果表明:数值模拟方法获得的性能曲线与试验结果变化趋势一致,且可以捕捉到空化初生状态,数值模拟与试验结果平均误差为3.24%,可较好地反映液力减速器内部空化特性;随着泵轮外环壁压力不断降低,空化最先发生在泵轮叶片吸力面靠近轮毂的位置,之后向叶片中部扩大,直至占据叶片吸力面大部分区域;空泡分布在径向存在不均匀性,泵轮外环壁压力为0.25 MPa时,空化区域面积比(Sc/S)随着径向位置(r/R)的增大呈现先增大后减小的趋势,空化现象在流道靠近轮毂位置(r/R=0.3~0.5处)较为严重.     

水轮机模式多级液力透平同径正反导叶水力性能研究

针对按泵工况设计的多级泵式间导叶用于液力透平装置时不能满足转轮对水流环量要求的问题,结合水轮机设计理论和CFD数值仿真研究了泵式同径正反导叶关键结构参数对液力透平装置的水头损失、效率和工作水头等影响程度。结果表明：适当增大反导叶叶片进口边直径,隔板边缘倒圆角,级间导叶进口处内外壁倒圆角均能够减小级间导叶水头损失、提高液力透平工作效率;导叶线型及数量对其出口水流速度环量影响较大;增大包角或增多叶片数量可增强导叶对水流强迫作用,提高出口水流环量,但增加导叶水头损失。可为用于液力透平的同径正反导叶的设计提供参考。     

叶片厚度对低比转数离心泵性能的影响

为了研究叶片厚度对低比转数离心泵性能的影响,选取一比转数为48的离心泵为研究对象.在离心泵其他几何参数给定的条件下,通过改变圆柱形叶片厚度,构造了5种不同叶片厚度的叶轮.基于标准k-ε湍流模型,采用SIMPLE算法,在6种不同工况下分别对其进行全流场数值模拟,对比分析了叶片厚度对泵的外特性及内部流场的影响,得出了叶片厚度对泵水力性能的影响规律.结果表明:叶片厚度在一定范围内,随着叶片厚度的增大,泵的最优工况点向小流量偏移,最高效率略有提高;同时随着叶片厚度的增加,泵在设计工况下运行时的湍动能损失不断增大;在满足叶片结构强度的前提下,选取合理的叶片厚度,可确保离心泵具有较好的水力性能.     

附壁振荡液气射流泵工作性能试验研究

提出一种新的射流工作形式应用于液气射流泵,该射流形式——附壁振荡射流由射流元件产生.在液气射流泵垂直安装的试验装置上,对24种不同尺寸模型泵进行了振荡射流性能试验,并与直射情况对比.试验结果表明,工作水压力对性能影响明显,泵的性能线具有相近的最大压力比h值,随工作水压力的增大,最大流量比q和泵效率η增大.在相同工作压力下,随面积比m的增大,性能线由陡峭变为平缓,也即最大压力比减小,最大流量比增大,此时泵效率增大后减小,因此存在最优m值使效率最高.与直射情况对比,振荡射流形式获得的最大效率约为16%,小于直射情况,但两者具有相近的吸气量,采用振荡射流方式具有增大面积比的作用,随射流振荡频率的增大,压力比增大但小于直射情况.在给定具体工作压力为300 kPa情况下,由试验数据拟合出非稳定液气射流泵性能方程式,用于指导液气射流泵的实际应用.