液力变矩器三维流场仿真计算

摘要

本文的研究是“车辆传动国家重点实验室基金项目”中的一部分，以030122A型液力变矩器为研究对象，基于三维流场理论，借助于UG、GAMBIT、FLUENT等软件，对液力变矩器的内流场进行了仿真计算。本课题研究的目的和意义就在于，解决液力变矩器的传动效率和设计精度低的问题，改变研制周期长，一次成功率低的局面，进一步改善液力变矩器的性能和设计制造水平。 本文主要有以下内容： (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，指出了液力变矩器设计计算的发展方向是三维流场理论；然后对液力变矩器的组成以及工作原理进行了阐述，并指出了主要研究内容。 (2)阐述了计算流体力学的基本理论。首先列出了控制方程包括连续性方程和动量守恒方程，由于本课题研究的是不可压缩流体，热交换量可以忽略不计，故不考虑能量守恒方程，然后介绍了将控制方程离散化的方法；接着详细介绍了有限体积法的基本原理，常用的离散格式；分析了网格的生成技术，分别对结构网格、非结构网格以及混合网格作了阐述；最后介绍了常用的湍流模型，湍流流动的近壁处理方法和流场数值计算的算法。 (3)介绍了常用的一些CFD软件，并选择FLUENT对本课题进行研究；为了能够顺利地得到收敛解，提出了研究液力变矩器流场的一些假设，并对流场进行了一定的简化；然后通过CAD软件UG建立叶轮流道的几何模型，并使用GAMBIT生成计算网格，为了提高计算精度，使用六面体网格；选择分离求解器隐式格式进行求解，使用绝对速度方程，湍流模型选择标准k-ε模型，同时使用标准壁面函数；离散格式采用二阶迎风格式(这样可以提高解算精度)，压力一速度耦合选用SIMPLE算法，入口边界条件使用压力入口，出口边界条件使用压力出口，其余壁面使用非滑移壁面边界条件；在叶轮之间的交互面上使用混合平面模型。 (4)一对计算结果进行了分析，并与实验结果进行了比较，二者基本吻合，证明了三维流场分析的正确性。最后对研究过程中存在的问题进行了分析。 (5)对全文进行了总结。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1研究背景

1.1.1液力变矩器在国内外的应用

1.1.2流场理论的发展现状

1.2液力变矩器的组成及工作原理

1.2.1液力变矩器的组成

1.2.2液力变矩器的工作原理

1.3研究目的和意义以及主要研究内容

1.3.1研究目的和意义

1.3.2主要研究内容

第2章计算流体力学理论

2.1控制方程

2.1.1质量守恒方程

2.1.2动量守恒方程

2.2基于有限体积法的离散化处理

2.2.1有限体积法的基本原理

2.2.2离散格式

2.3网格生成技术

2.3.1结构网格生成技术

2.3.2非结构网格生成技术

2.3.3混合网格生成技术

2.4湍流模型

2.4.1湍流的数值模拟方法

2.4.2 Boussinesq近似

2.4.3 FLUENT提供的湍流模型

2.5湍流流动的近壁处理

2.5.1壁面函数

2.5.2增强壁面处理

2.6流场数值计算的算法

2.6.1 SIMPLE算法

2.6.2 SIMPLEC算法

2.6.3 PISO算法

2.7本章小结

第3章液力变矩器内流场数值分析

3.1常用的CFD软件介绍

3.1.1 CFX

3.1.2 PHOENICS

3.1.3 STAR-CD

3.1.4 FLUENT

3.2建立流场计算的几何模型

3.2.1分析中的假设和简化

3.2.2几何模型

3.3生成计算网格

3.3.1 GAMBIT简介

3.3.2划分网格

3.4设置求解器

3.4.1求解器的选择

3.4.2控制方程的线性化

3.4.3参考压力的选择

3.5选择湍流模型

3.6设置边界条件和初始条件

3.6.1入口边界条件

3.6.2出口边界条件

3.6.3壁面边界条件

3.6.4周期性边界条件

3.6.5初始条件

3.7混合平面的应用

3.8收敛准则

3.9本章小结

第4章液力变矩器内流场计算结果分析

4.1泵轮流场分析

4.1.1泵轮入口流场

4.1.2泵轮中弦面流场

4.1.3泵轮出口面流场

4.1.4泵轮压力面和吸力面流场

4.1.5泵轮流场规律总结

4.2涡轮流场分析

4.2.1涡轮入口流场

4.2.2涡轮中弦面流场

4.2.3涡轮出口面流场

4.2.4涡轮压力面和吸力面流场

4.2.5涡轮流场规律总结

4.3导轮流场分析

4.3.1导轮入口流场

4.3.2导轮流场流线分析

4.3.3导轮出口面流场

4.3.4导轮流场规律总结

4.4液力变矩器整体性能分析

4.5研究中存在的问题

4.6本章小结

第5章全文总结

参考文献

研究期间发表论文情况

致 谢