基于贝塞尔三次曲线液力变矩器叶轮叶型参数化与优化

摘要

液力变矩器自从被发明以来因其特有的变矩特性而被广泛使用，但是在现实工作中仍存在效率低，高效区范围小的缺陷，使它的使用范围受到严重限制。因此，提高液力变矩器的工作效率，增加高效区范围，对增强液力变矩器的经济适用性有着非常重要的意义。
　　本文采用国内较早掌握的LB46型导叶可调式液力变矩器作为研究对象，以涡轮叶片叶型作为设计对象，以液力变矩器设计工况下的效率作为优化目标。通过Workbench将参数化模型、自动划分的高质量网格、流体仿真进行集成，设计出全新涡轮叶型，使液力变矩器的经济适用性得到明显提升。并且优化流程对其他旋转机械的优化具有一定的参考价值。本文的主要内容包括以下几个部分：
　　①介绍液力变矩器的使用背景和研究意义，对国内外研究现状进行介绍。
　　②对LB46型液力变矩器全流道采用通过Turbogrid划分的具有极强通用性的结构网格进行数值计算。将其仿真结果与实验数据进行比较，验证数值计算方法的正确性和网格可用性。在分析模型的内流场分布,发现欲提高液力变矩器的输出效率可选择提高叶轮所承受的载荷以及改善脱流等现象两种方式。
　　③对LB46型液力变矩器涡轮叶型采用贝塞尔三次曲线参数化方法进行集成。对拟合后的模型针对不同工况下进行数值仿真。通过与仿真结果进行比较，发现效率η、变矩系数K、泵轮转矩系数λB的最大拟合误差分别为为1.3％、4.1%、3.13%。证明了该拟合方法的可行性，参数化模型可用于涡轮叶型优化。
　　④基于有限元软件平台Workbench连接参数化建模、网格自动划分、流体数值计算，采用多目标遗传算法对涡轮叶型三次贝塞尔曲线的形状控制参数进行优化，获得设计工况下效率提高3.84%的涡轮叶型。对比优化前后的原始特性，发现优化后叶型能将高效区增加5.86%。通过分析内流场分布，发现涡轮力矩增加主要是涡轮所承受的载荷增加，也可发现脱流等现象并没有得到有效改善。

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1 绪 论

1.1 课题研究的背景

1.2液力变矩器的研发流程及理论发展

1.3液力变矩器国内外研究现状

1.4 课题的研究意义及主要内容

2 LB46型液力变矩器内流场数值模拟

2.1 引言

2.2 液力变矩器简介

2.3 LB46型液力变矩器模型及数值模拟参数

2.4 LB46型液力变矩器数值计算结果分析

2.5 本文数值计算方法的优点

2.6 本章小结

3 LB46型液力变矩器涡轮叶型参数化集成

3.1 引言

3.2 贝塞尔曲线简介

3.3 涡轮叶型型线的三次贝塞尔曲线参数化

3.4 LB46涡轮叶片叶型参数化

3.5 参数化结果分析

3.6 本章小结

4 LB46型液力变矩器涡轮叶型优化

4.1 引言

4.2 有限元软件平台workbench简介

4.3 基于Workbench的优化流程

4.4 LB46液力变矩器涡轮叶片优化相关设置

4.5 优化结果的获取

4.6 基于优化结果的相关分析

4.7 本章小结

5 结论与展望

5.1 全文总结

5.2 未来工作展望

致谢

参考文献