大功率调速型液力偶合器数值计算与实验

基于三维多相流动理论和计算流体动力学(CFD),采用滑动网格理论对大功率调速型液力偶合器内部气液两相瞬态流动进行数值计算,并基于流场数值解进行液力偶合器的特性预测。由数值计算结果分析偶合器效率降低的原因。对偶合器进行不同工况、不同充液率下的外特性实验,将理论计算与实验结果进行对比,原始特性的计算与实验结果误差在允许范围内,从而验证理论方法和计算的准确性。     

故障诊断技术在液力变矩器试验台上的应用

对液力变矩器测控系统的故障类型和故障诊断方法进行了研究,并设计了故障诊断的监视和保护系统。     

离心泵反转作液力透平的力学特性

以一台比转数为84.5的离心泵为研究对象,应用CFD软件对该泵作液力透平时的内部流场进行数值模拟,建立相对坐标系下的连续方程和时均Navier-Stokes方程,采用标准k-ε湍流模型和SIMPLEC算法分别对泵工况和液力透平工况进行数值模拟,得到2种工况下在不同流量时的径向力.通过对比泵工况下径向力的数值计算值和Stepanoff公式计算值,发现两者径向力大小比较吻合,表明数值模拟建立的径向力计算模型是正确的.数值模拟结果表明:液力透平工况时的最高效率比泵工况时的最高效率低约5.4%;在相同流量下透平工况时径向力普遍小于泵工况时的径向力;透平工况时径向力的大小随流量的增大而增大;当流量小于设计流量的1.1倍时,随着流量的增大,液力透平工况时径向力的方向和隔舌的夹角从146°减小到125°,但当流量大于设计流量的1.1倍时,其与隔舌的夹角随流量的增大而增大,在1.4倍的设计流量时其夹角达到144°.通过计算和实例表明在透平工况下运行时,泵轴强度仍然满足使用要求.     

拖拉机液力机械式无级变速器的研究

提出了一种新的组合式无级变速传动方案——液力机械综合式无级变速传动,由综合式液力变矩器、链无级变速器、减速齿轮组及相应的操纵控制机构组成。用该传动方案改进设计拖拉机的传动系,设计出了具有良好性能的液力机械式无级变速器。通过液力变矩器可自动无级变速变扭以适应外界变工况作业;通过链无级变速器和负载换档可实现由驾驶员控制的无级变速,因而整车能实现可控自动无级变速,在外界负荷频繁变化条件下发动机始终工作在标定工况附近     

液力偶合器三维涡识别方法及流场时空演化

精细刻画液力偶合器内部非定常多尺度三维涡结构对于揭示液力偶合器流场时空演化规律与能量损耗机理具有重要意义。该研究基于计算流体动力学理论,采用应力混合涡湍流模型多尺度解析模拟制动工况下液力偶合器三维旋涡流场。通过3种不同的涡识别方法提取涡轮内部多尺度涡系结构,从空间重构效果、阈值选择范围及敏感性角度分析不同涡识别方法的适用性。依托粒子图像测速（Particle Image Velocimetry,PIV）流场试验验证数值模拟及涡结构辨识结果的准确性与可靠性。围绕三维涡结构特征解析结果和二维流场图谱信息,分析并揭示流道内部湍流的时空演化规律及能量损耗机理。结果表明：Q准则方法的阈值选择盲目性大,难以同时识别强涡与弱涡结构,丢失很多涡结构细节特征,无法准确预测三维涡空间连续性运动趋势;Ω方法能够在阈值范围为0.51～0.59内辨识弱涡结构,但涡系空间重构后涡的运动趋势感不强;ΩL方法对阈值不敏感,在阈值范围为0.51～0.67内该方法空间涡系重构效果最好,强涡、弱涡结构特征识别度高。制动工况下涡轮内部整体流动为逆时针大尺度环流,并伴有小尺度涡流等局部流动现象,与主流涡运动相同旋向的旋涡促进主流旋涡运动,相反旋向的旋涡阻碍主流旋涡运动,由于涡的撕裂、破碎、分离、碰撞、摩擦、挤压等作用,导致流体能量损失,以热能形式耗散。研究结果可为液力偶合器结构设计与优化提供理论与技术指导。     

制动工况下液力偶合器流场湍流模型分析与验证

合理选择湍流模型是获取准确和可靠数值模拟结果的关键。该文采用3种湍流模型(标准k-ε模型、分离涡模型、大涡模拟模型)仿真制动工况下方形腔液力偶合器流场,提取流速场和涡量场。基于粒子图像测速(particle image velocimetry,PIV)技术测量液力偶合器制动工况下流场,将数值模拟结果与PIV试验结果进行对比,以PIV试验测量结果作为评价基准,分析采用3种湍流模型计算流场结果的差异性,完成湍流模型的适用性分析。结果表明,标准k-ε模型仿真结果与PIV试验结果误差较大;采用大涡模拟模型模拟主流区域流场结构分布更加真实,仿真结果能够较好地解释主流区域多尺度涡旋运动规律和能量耗散机理;采用分离涡模型能够更准确地捕捉近壁面和角涡区高梯度流场结构分布。研究结果可为液力偶合器流场精确计算与性能预测提供参考。     

基于粒子图像测速技术的液力变矩器涡轮内流场测试与分析

液力变矩器是自动变速器的主要部件,其在乘用车、载重汽车、公共汽车和机车上的应用广泛。液力变矩器内部流动特性影响其外部性能,为了深入研究其内部流动特性,基于粒子图像测速(particle image velocimetry,PIV)技术对液力变矩器涡轮内流场进行试验研究。采用帧频为1 000帧/s的CCD高速相机,在不同工况下(输入与输出的转速比分别取0、0.3、0.5、0.7)采集不同粒子直径、不同粒子浓度下的流动图像,经过图像预处理,对连续两帧图像进行互相关计算,获得涡轮径向切面的速度场和涡量场。通过对流场分布结构和流动区域上复杂流动现象的对比分析,发现投入流场中粒子浓度越高(1 500mL蒸馏水中投入2.4 g粒子)、粒子直径越小(10μm)时,识别并提取流动区域上的流动参数越丰富,流速场和涡量场信息越可靠。液力变矩器内部高梯度流场分布结构和非均匀流速场分布导致出现多尺度涡旋和反向流等复杂流动现象,造成液力变矩器内部流动能量损耗,随转速比提高,涡轮流场结构趋于规律,能耗逐渐降低。该文试验测量与分析结果对于液力变矩器结构优化和性能提升提供了参考。     

泵轮叶片削剪对液力变矩器性能的影响

削剪泵轮叶片是优化液力变矩器性能的一种手段。为了研究泵轮叶片削剪程度对液力变矩器性能的影响规律,该研究基于计算流体动力学,采用应力混合涡湍流模型（stress-blended eddy simulation,SBES）对液力变矩器内部流场进行仿真模拟,依托外特性试验验证仿真结果的准确性。通过Q准则涡识别方法,甄选合适阈值重构叶片削剪前后泵轮流道三维涡系结构,定性分析多尺度涡动力学特性,量化提取二维流场图谱信息,揭示流速场时空演化规律。结果表明：泵轮叶片设计流线从出口处经过10%、20%和30%的削剪后,液力变矩器的变矩比逐渐增大,由原型变矩器的1.77增大到叶片削剪30%的2.33,泵轮转矩系数降幅明显,由原型变矩器的5.51降低到叶片削剪30%的3.39,叶片削剪10%后变矩比增大4.34%,泵轮转矩系数降低10.73%,降幅明显;随着泵轮叶片削剪程度加剧,叶片对流体的推动作用减弱,流体动能减小,多尺度涡运动趋势衰减,流道中部涡结构特征改变,流道出口高能小尺度“脱落涡”现象减弱;泵轮流道出口流速随叶片削剪程度增大而减小,由原型变矩器的23 m/s降低到叶片削剪30%的19 m/s,泵轮进口流速几乎不变,因进出口流速的变化,泵轮转矩系数降低。研究结果可为液力变矩器叶片设计与性能优化提供指导性建议。     

双吸泵作液力透平时叶轮内部能量损失机理分析

叶轮是双吸泵作液力透平的核心部件,其性能决定着液力透平的能量回收能力。为研究液力透平叶轮内部能量损失机理,该研究基于熵产理论和数值模拟,采用剪切应力传输（Shear-Stress Transport,SST）湍流模型,分析了不同流量下液力透平各过流部件的能量损失规律。结果表明：叶轮流道内部不稳定流动造成的能量损失和近壁区的内摩擦效应引起的能量损失是整机水力损失产生的主要组成部分;叶轮内部的流动分离、漩涡、动静干涉、强曲率流动以及尾水室内部的死水区对叶轮内部流动状态的反作用等会对能量损失产生较大影响,且平均损失占比高达41%;叶轮近壁区的能量损失主要由叶片和前后盖板与流体间的相互作用导致。研究结果可为双吸液力透平的水力优化设计提供参考。     

离心泵用作液力透平叶轮出口滑移系数的计算方法

为了通过理论的方法预测液力透平的性能,并针对国内外对液力透平滑移系数计算公式研究的空白,借助于离心泵滑移系数计算公式的研究方法和相关理论,结合流体力学中的相关原理研究液力透平叶轮流道中流体的流动形式,推导叶轮出口的滑移系数计算公式以及在考虑叶轮进出口滑移时液力透平的基本能量方程,最后选取模型对滑移系数计算公式进行验证,并与已有试验值进行比较分析。研究结果发现:随着比转数的增加,液力透平叶轮出口的滑移量逐渐减小,且对于大部分低比转数液力透平叶轮进口的滑移量小于叶轮出口的滑移量,而对于中、高比转数的液力透平叶轮进口的滑移量大于叶轮出口的滑移量。叶轮出口滑移量随着叶轮进口直径和出口安放角的增加而增大;随着叶片数的增加而减小;随着进口安放角的增加先增大后减小;而叶轮出口直径和叶轮进口宽度对液力透平叶轮出口滑移系数的影响较小,在研究液力透平叶轮出口滑移时可不考虑二者对液力透平叶轮出口滑移系数的影响。研究结果为采用理论的方法预测液力透平的性能提供参考。