基于三维流动分析的液力变矩器设计研究

摘要

本文研究的是基于流动分析的液力变矩器三维设计，是“车辆传动国家重点实验室基金资助的项目”中的一部分。选用YB-200型变矩器作为原型变矩器，基于三维流场理论，借助UG、GAMBIT、FLUENT等软件，对液力变矩器的内流场进行模拟，最终获得变矩器的原始特性，同时将试验的结果与计算的结果进行比较。在此基础上，细致分析影响变矩器性能的因素，改进变矩器的叶型，最终达到优化的目标。本课题研究的目的和意义就在于，CFD技术能真实模拟变矩器内部流场的流动情况，原始特性的预测也更接近实际，减少了试验和试制的次数，从而缩短了设计周期，提高了变矩器的设计制造水平。 1)首先介绍了课题研究的背景，液力变矩器在国内外的应用情况和流场理论的发展现状，并介绍了计算流体力学软件FLUENT及其在变矩器内流场仿真中的应用。然后介绍了变矩器试验的基本情况，最后提出了主要研究内容。 2)分析了变矩器内流场仿真所涉及到的计算流体力学的基本理论。变矩器内部流场的流动情况决定了它的控制方程包括连续性方程、湍流的动量守恒方程和湍流模型附加方程。采用有限体积法求解这些方程时，需要采用一定的离散方法对方程进行离散，用相应的算法求解方程。 3)根据采取的假设，采用UG抽取变矩器的流道模型，并采用映射法划分变矩器的计算网格。在相应的位置设置壁面边界条件，混合平面边界条件和周期性边界条件。根据计算对象的特殊性，湍流模型选择标准K-ε模型，压力-速度耦合选用SIMPLE算法。 4)提出了基于三维流场理论的变矩器设计的流程，并部分实现了基于YB-200型变矩器的参数优化。基于三维流场理论的变矩器设计理论有很多优点，主要体现在精度高、时间短和可供优化调整的变量多等方面。分析了如何采用逆向工程获得变矩器三维实体模型，如何进行循环圆设计，并重点分析了如何采用等倾角射影的方法进行叶片的设计。 5)分析了变矩器三维流动分析中转矩分析指标，并拿YB-200型变矩器的原始特性试验值和三维计算值进行比较，证明了三维计算的准确性。同时细致分析YB-200型变矩器变速比为0.4的中速比工况下的内流场的速度、压力分布，最后对比分析速比0.0，0.4，0.8的流场分布情况。同时分析了叶型参数对变矩器性能的影响，以YB-200型变矩器泵轮叶片为研究对象，采用文中的方法，进行了部分参数优化工作。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1论文研究的背景

1.2变矩器设计方法的发展历程

1.2.1变矩器传统的设计方法

1.2.2应用CFD技术的变矩器的设计

1.2.3 FLUENT简介

1.3液力变矩器试验概况

1.3.1外特性试验

1.3.2内特性试验

1.4论文的研究内容和目的、意义

1.4.1研究内容

1.4.2研究的目的、意义

第2章液力变矩器流动计算基础

2.1基本控制方程

2.1.1质量守恒方程

2.1.2动量守恒方程

2.2湍流附加方程

2.2.1湍流的特征

2.2.2湍流的数值模拟

2.2.3标准κ-ε两方程湍流模型

2.3控制方程的统一形式

2.4数值计算方法

2.4.1有限体积法原理

2.4.2常用的离散格式

2.4.3速度—压力耦合算法

2.4.4 CFD的求解过程

2.5本章小结

第3章液力变矩器内流场的CFD仿真

3.1变矩器计算前处理

3.1.1计算中的假设

3.1.2变矩器流道模型

3.1.3变矩器网格模型

3.2变矩器边界条件的设置

3.2.1壁面边界

3.2.2混合平面

3.2.3周期性边界

3.3计算步骤与收敛判定

3.4本章小结

第4章变矩器三维设计理论

4.1变矩器三维设计思路

4.1.1三维设计的流程

4.1.2三维设计思路的优点

4.2变矩器反求设计

4.3变矩器结构参数的设计

4.3.1循环圆的设计

4.3.2叶型设计

4.3.3叶片结构参数的调整

4.4本章小结

第5章YB-200型变矩器的参数优化

5.1流动计算的分析指标

5.1.1转矩指标

5.1.2计算与试验值对比

5.2中速比工况内流场分析

5.2.1泵轮

5.2.2涡轮

5.2.3导轮

5.3典型工况对比分析

5.3.1泵轮

5.3.2涡轮

5.3.3导轮

5.4叶型参数对性能影响分析

5.5泵轮叶片参数优化实例

5.5.1参数优化结果

5.5.2内流场分析

5.6本章小结

第6章总结与展望

6.1全文总结

6.2创新点

6.3进一步研究和展望

参考文献

附录

致谢