阀控充液式液力偶合器换热特性研究

在液力偶合器的使用过程中,由于转差损失与液力损失,会使其工作水液的温度上升,进而影响液力偶合器的工作性能,为了解决这一问题,对阀控充液式液力偶合器的换热特性进行了研究。首先,构建了含有进出水口双腔流道的瞬态换热计算模型,并对其进行了网格无关性验证;然后,采用多步求解方式对正常运转工况、堵转工况及循环换水工况的流动换热进行了数值模拟计算;最后,对比分析了不同工况下的液力偶合器温度场分布特性,探讨了液力偶合器内流场的流动换热变化规律。研究结果表明:正常工况及堵转工况流场整体温度皆呈现明显的线性上升趋势;以240 L/min流量进行循环换水时,流场温度呈先快后慢的下降趋势,20 s内可将流场温度降至30℃左右。采用该研究结果,可以准确地预测液力偶合器内流场温度变化,可为液力偶合器优化、换水调控提供理论参考。

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。

限矩型液力偶合器内部两相流动数值模拟

限矩型液力偶合器内部存在着复杂的气液两相流动,为掌握限矩型液力偶合器内部流场分布及转矩特性变化,分别采用VOF(Volume of fluid)与Mixture两相流模型对偶合器内部流场进行模拟计算,并对其转矩特性进行监测。通过VOF模型获得的偶合器内部气液两相分布情况和通过Mixture模型得到的其内部压力速度分布图能够较好地反映偶合器内部流场变化情况。仿真结果表明:VOF模型能够较好地模拟出偶合器因流态转变而造成的转矩跌落情况,Mixture模型不能模拟出该效果,但在高、低转速比工况下模拟的转矩值仍具有一定参考意义。

阀控充液式液力偶合器连续充液瞬态匹配特性研究

为了预测液力偶合器与三相异步电机共同工作时的软启动性能,采用仿真软件ANSYS-CFX模拟得到了液力偶合器的泵轮转矩特性,将电机与液力偶合器的输入特性联合分析,结合匹配原则,利用Matlab软件确定了两者在不同充液率及不同转速比下的共同工作点,并计算获得了液力偶合器与电机在全充液及部分充液工况下的共同工作输出特性。结果表明,在不同充液率条件下,液力偶合器与电机共同工作时,输出转矩整体上随着输出转速的增大而减小,随着充液率的增大而增大,输出转速较低时,90%、100%充液率下的转矩值保持稳定不变,与电机直接启动相比,共同工作时的输出转矩变化更为平稳。分析结果可为刮板输送机软启动控制策略的研究与制定提供参考。

基于流场特性的液力缓速器叶栅角度优化设计

为了提高液力缓速器制动转矩系数,对液力缓速器内湍流流动进行了三维瞬态多相流数值模拟。通过对其内流场特性分析,发现液力缓速器工作流道的壁面脱离现象以及弦面内产生的涡旋区不利于恒定制动转矩的输出。针对这一问题,考虑到液力缓速器各结构参数之间的相关性,对多参数共同作用的内流场进行数值分析,优化叶栅参数。结果表明,通过分析多参数共同作用的流场来优化缓速器叶栅参数的方法比较合理;对液力缓速器叶片前倾角和叶片前缘倒角进行优化后,叶轮流道内存在的涡团和流动分离现象基本消失,制动转矩系数提高6%。

液力偶合器气液两相流动的数值模拟与粒子图像测速

为了更加真实地反映偶合器内部的气液两相流动机理,该文应用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)对其内部流动的速度和压力等流场特征进行数值模拟,并应用粒子图像测速(particle image velocimetry,PIV)技术对其流场进行了测试,试验结果表明:泵轮内的气泡小而均匀,速度分布较规律,由内环向外环递增;涡轮内气泡较多,并出现了涡流、回流、二次流等不规则流动现象。PIV测试的流场流动趋势与数值模拟的流场流动趋势基本一致。CFD数值模拟方法和PIV技术为揭示液力偶合器内部流场的复杂流动提供有效的解决途径。

基于粒子跟踪测速技术的液力偶合器内部流速测定方法

为了研究液力偶合器内部流场的特性,该文基于粒子跟踪测速(PTV,Particle Tracking Velocimetry)技术对矩形腔型液力偶合器进行了内部流场试验测试,利用单帧3次曝光技术记录示踪粒子不同长度3段运动轨迹,准确判断了偶合器内部流场速度方向。运用边缘检测算法提取粒子运动轨迹,引入双阈值法检测图像强边缘点和弱边缘点,利用该方法可以有效地检测出图像的单像素边缘,直观地提取粒子运动位移大小,进而获得了液力偶合器内部流场速度,实现了其内部流场可视化与定量测量。同时,可以近似估计示踪粒子的粒径大小。

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。

液力缓速器瞬态两相流动大涡模拟及性能预测

为了全面掌握液力缓速器各个流动单元内速度场和压力场的分布特性,提取了全流道几何模型作为计算区域,利用CFD平台的大涡模拟法和多流动区域耦合计算的滑动网格法对液力缓速器内部气液两相流动进行了三维瞬态数值模拟,将混合模型与欧拉模型交替运用在其多相流模型中,获得了不同充液率下液力缓速器内流场结构的变化及两相体积分数分布情况,分析了流场内二次流、脱流及涡旋的产生机理,并计算了缓速器的外特性.结果表明:数值计算结果与试验结果吻合很好,误差在8%以内;流场计算十分准确,运用的大涡模拟方法可以有效地模拟液力缓速器流场内的真实液流结构,其结果可以用来指导液力缓速器的设计及其结构优化.

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。

限矩型液力偶合器气-液两相环流特性仿真预测

限矩型液力偶合器始终工作在部分充液状态下,工作腔内部的工作液体做复杂的气-液两相螺旋环流运动。在不同的载荷工况下,工作液体气-液两相的具体分布形式和环流形态很大程度上决定了偶合器的限矩特性。为了掌握限矩型偶合器内部的气-液两相环流特性,该文以YOXD200偶合器为分析模型,在建立全流道模型的基础上,应用滑移网格瞬态算法,两相流模型采用流体体积法VOF(volume of fluid)模型,对3种典型充液率下的环流形态进行CFD数值模拟分析。数值模拟结果很好地预测了在不同充液率下,随载荷的增加,内部气-液两相流体由小环流向大环流运动的转化过程。该文为实现限矩型液力偶合器转矩跌落工况点的预测及过载能力的估算提供了数值计算的方法和依据。

液力偶合器部分充液流场数值模拟与特性计算

利用CFD平台的滑动网格法与混合模型模拟液力偶合器流场的瞬态流动,得到偶合器内部速度与压力分布。总结了不同充液率下流场结构的变化及两相分布情况。基于速度、压力数值解计算了液力偶合器叶轮转矩,并计算出不同充液率下液力偶合器的原始特性。将性能预测结果与实验进行了对比分析,结果表明,数值模拟计算结果与实验结果吻合较好,基本反映了流道内部流动的基本特征。

开式液力缓速器出口压力计算方法

为了在设计初期确定液力缓速器的出口压力值,缩短设计周期,在CFD数值计算软件中,采用速度进口边界条件和自由出流边界条件计算了液力缓速器的内流场,对流场计算得到的出口压力分布采用面积加权平均算法进行求解,获得了不同转子转速和充液率下的出口压力值。计算结果表明:液力缓速器的出口压力是转子转速的二次函数,是充液率的线性函数。研究获得了描述出口压力随转子转速和充液率变化规律的数学表达式,为液力缓速器控制系统的设计提供了依据。

综合式液力变矩器内特性的计算与分析

根据综合式液力变矩器外特性的试验结果,应用比例分配法对其内特性进行了计算。在确定了循环流量的基础上,计算了典型工况下各工作轮上的损失能头及静压力分布。以4L60ED245型综合式液力变矩器为实例,对内特性的计算结果与束流理论的计算结果进行了比较。结果表明:按比例分配法计算出的结果精度较高,且两种计算方法计算出的进、出口压力变化趋势相似。

液力减速器动态制动性能预测分析

为了在产品设计时全面预测及评价其制动性能,采用CFD数值模拟分析的方法对液力减速器动态制动性能进行了预测。经过数值仿真计算,得出了制动力矩与充液率、制动时间与制动力矩两条重要关系曲线,为液力减速器产品设计过程中的性能预测提供了较可靠的方法。

基于一维束流理论的液力减速器部分充液特性预测

为了在产品设计初期估算液力减速器的制动性能,提出了一种应用束流理论在部分充液下计算液力减速器制动力矩的方法。结合D300液力减速器分别应用本文计算方法和CFD数值模拟方法对其在部分充液下的制动性能进行了计算。计算结果表明两者吻合较好,证明了本文方法的有效性。

液力缓速器部分充液流场大涡模拟及特性预测

利用CFD平台的大涡模拟法和滑动网格法对液力缓速器内部气液两相流动进行三维瞬态数值模拟,将混合模型与欧拉模型交替运用在其多相流模型中,得到速度场和压力场的分布特性,总结不同充液率下液力缓速器内流场结构的变化及两相体积分布情况。基于流场数值解计算了液力缓速器不同工况下的制动转矩,进而预测其性能,性能预测结果与试验结果吻合较好,误差在8%以内,表明流场计算是较准确的,其结果可用于液力缓速器的设计及其结构优化。

泵轮轴向振动条件下高速液力耦合器特性

针对泵轮轴向振动条件下高速液力耦合器特性问题,基于RNG k-ε模型、流体体积法(volume of fluid,VOF)两相流模型、动网格技术、压力隐式算子分裂(pressure-implicit with splitting of operators,PISO)算法和变时间步长法对液力耦合器泵轮在轴向振动条件下的内流场进行数值模拟,通过试验完成对模型的准确性验证。分析液力耦合器流道内部两相流动规律以及受力特性,结果表明:与径向振动相比,相同振幅条件下的轴向振动对循环圆内流量脉动和泵轮、涡轮转矩影响较大;额定转速越高,其泵轮、涡轮转矩脉动幅值、轴向力波动范围越大;振动频率越大,泵轮、涡轮转矩偏差越大;轴向振动幅值越大,泵轮涡轮转矩波动范围越大。从减小转矩波动范围和轴向力的角度控制轴向窜动值不应超过0.04 mm较为合适。

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。

液力耦合器三维瞬态流场大涡模拟与特性预测

采用大涡模拟、流动控制方程耦合求解法及多可动区域计算的滑动网格法,对液力耦合器内部瞬态三维流动控制方程组进行了耦合求解。对三维流场模拟结果进行深入分析,以进一步了解耦合器内部流动规律,优化设计其结构。同时,根据三维流场数值解计算了各个工况下液力耦合器叶轮转矩,进而预测其性能,将性能预测结果与实验结果进行比较,二者误差在7%以内,验证了大涡模拟方法及特性预测的准确,说明采用的液力耦合器流场的模拟方法具有良好的工程应用价值。