液力变矩器逆向造型及流场数值分析

摘要

随着大功率、高转速机泵设备的发展，研发适用于机泵等流体机械的调速设备成为节能的有效途径。液力行星齿轮复合传动装置具有传递功率大、效率高、寿命长以及无级调速等优点，主要用于大型机泵的调速节能。液力行星齿轮复合传动装置调速和控制的核心部件是导叶可调式液力变矩器，目前我国拥有性能良好的导叶可调式液力变矩器水力模型较少，不能满足高端技术产品研发的要求。本文以某型号液力变矩器为研究对象，采用逆向造型技术对变矩器泵轮叶片进行三维模型构建，并利用CFX软件对变矩器内流场进行数值计算，探究了变矩器流场特性，在此基础上对泵轮叶片进行优化设计，研究了变矩器流场压力脉动规律。
　　首先，本文使用Pro/e软件对变矩器泵轮叶片进行了逆向造型，并使用Bladegen软件对得到的泵轮叶片进行平滑与修型处理。
　　其次，基于变矩器流场定常计算结果，分析了变矩器各叶轮流场特性，在此基础上，研究泵轮进、出口叶片角对变矩器特性的影响以及改型为柱面叶片变矩器特性变化。结果表明，泵轮叶片出口角改为95°时，最优工况时变矩器效率提高0.66％，起动工况变矩系数提高1.03%；过流断面轴面速度按反势流分布规律对泵轮叶片进口角进行优化时，低速比（i=0.3）工况变矩器效率提高3.8%；泵轮叶片改型为柱面叶片，导叶开度30%、速比i=0.3时，变矩器效率比原模型提高1.2%，泵轮力矩系数降低0.96%，最优工况改型前后效率变化不大，泵轮力矩系数降低12%。
　　最后，对变矩器流场进行非定常计算，分析各叶轮流场压力脉动规律，得出在牵引工况时，速比越大，压力脉动幅值越小，频率越低；而超越制动工况则相反，速比越大，压力脉动幅值越大，频率越高；泵轮出口及涡轮进口附近流场压力脉动严重，表明泵轮、涡轮动静干涉严重。

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第1章 绪 论

1.1课题研究背景及意义

1.2国内外液力变矩器的研究现状

1.3本文主要研究内容

第2章 液力变矩器流场数值模拟理论基础

2.1基本控制方程

2.2多流域耦合数值模拟方法

2.3控制方程离散及求解方法

2.4本章小结

第3章 液力变矩器逆向造型及计算模型验证

3.1逆向工程概述

3.2泵轮叶片建模

3.3变矩器流场数值模拟

3.4本章小结

第4章 液力变矩器流场分析

4.1变矩器流场分析

4.2泵轮叶片出口角对变矩器特性的影响

4.3泵轮叶片进口角对变矩器特性的影响

4.4不同叶片类型变矩器全工况工作特性对比

4.5本章小结

第5章 液力变矩器非定常流场分析

5.1非定常计算模型及监测点布置

5.2非定常流场压力分析

5.3本章小结

结论

参考文献

声明

致谢