基于三维流动计算的液力减速器性能仿真研究

摘要

本文的研究为“车辆传动国家重点实验室基金项目”中的一部分，以D375型液力减速器为研究对象，基于三维流场理论，借助于UG、FLUENT等软件，对液力减速器的内流场进行了仿真计算，获得了特性曲线，同时将计算的结果与试验的结果进行了比较。本课题研究的目的和意义就在于，利用CFD技术研究液力减速器内部的流动及规律，有助于指导液力减速器的设计，提高液力减速器的性能，同时对拥有自主研制开发生产液力减速器有一定的帮助，对我国的经济发展也具有重大的意义。 本文首先介绍了课题研究的背景，液力减速器在国内外的应用情况和流场理论的发展现状，介绍了常用的CFD软件，并选择FLUENT对本课题进行研究，然后对液力减速器的结构和工作原理进行了阐述，最后提出了主要研究的内容。分析了液力减速器内流场仿真所涉及到的计算流体力学基本理论。详细介绍了常用的离散格式和网格的生成技术，分析了常用的湍流模型，湍流流动的近壁处理方法和流场数值计算的算法。 根据所做的假设，采用UG抽取液力减速器的流道模型，为了提高计算精度，采用映射法划分六面体网格，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Realizable k-ε模型，同时使用标准壁面函数；离散格式采用一阶迎风格式，压力-速度耦合选用SIMPLE算法，在相应的位置设置壁面边界条件、滑移网格边界条件。计算收敛后，对某工况下内流场的速度、压力分布进行了详细的分析。分析了液力减速器三维流动分析中的转矩计算，并将三维计算值与一维束流理论值以及试验测量值进行了比较，证明了三维计算的准确性，对部分参数进行了优化，在此基础上探讨了基于CFD技术的液力减速器设计方法。 本文的研究对液力减速器内部流动特性有了更加清楚的认识，对提高液力减速器自主研发有一定帮助，为建立基于CFD技术的新设计方法提供了思路，为下一步的研究指明了研究方向。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1研究背景

1.2液力减速器概述

1.2.1液力减速器的结构和工作原理

1.2.2液力减速器的特点

1.3液力减速器特性的计算方法

1.3.1相似计算法

1.3.2液力计算法

1.3.3三维数值计算法

1.4本文研究的目的、意义及主要内容

1.4.1研究的目的和意义

1.4.2主要研究内容

第2章流动计算基础理论

2.1基本控制方程

2.1.1质量守恒方程

2.1.2 N-S方程

2.2湍流控制方程

2.2.1湍流数值模拟方法

2.2.2k-ε两方程模型

2.3近壁区数值模拟

2.3.1近壁区流动的特点

2.3.2近壁区流动处理方法

2.4控制方程的离散化

2.4.1有限体积法的基本原理

2.4.2离散格式

2.5流场数值计算的算法

2.6 CF0的求解过程

2.7本章小结

第3章液力减速器内流场仿真计算

3.1仿真计算基本过程

3.2计算的前期处理

3.2.1计算中的假设

3.2.2几何模型的建立

3.2.3网格模型的生成

3.3计算模型中的设置

3.3.1求解器的选择

3.3.2湍流模型的选择

3.3.3算法和离散格式的选择

3.3.4边界条件的设置

3.4滑移网格理论的应用

3.5流场初始化和收敛准则

3.6本章小结

第4章液力减速器内流场计算结果分析

4.1泵轮内流道分析

4.1.1泵轮直叶片分析

4.1.2泵轮曲叶片分析

4.2涡轮内流道分析

4.2.1.涡轮叶片冲击面分析

4.2.2涡轮叶片非冲击面分析

4.3液力减速器内流道整体分析

4.3.1分界面(Interface平面)分析

4.3.2泵轮轴向剖面分析

4.3.3涡轮轴向剖面分析

4.3.4流道径向剖面整体分析

4.4本章小结

第5章液力减速器特性计算对比及部分参数的优化

5.1三维数值计算法中转矩的计算

5.2一维束流理论计算法

5.2.1一维束流理论的基本思想

5.2.2一维束流理论转矩特性的计算

5.3液力减速器的性能试验

5.3.1试验原理和试验台布置

5.3.2液力减速器试验液压油路控制说明

5.3.3液力减速器性能试验步骤及结果

5.4结果分析与方法对比

5.4.1液力减速器特性计算结果分析

5.4.2两种计算方法的比较

5.5液力减速器特性的主要影响因素

5.5.1循环圆有效直径的影响

5.5.2流道宽度的影响

5.5.3工作轮间轴向间隙的影响

5.5.4叶片倾斜角的影响

5.5.5叶片厚度的影响

5.5.6工作液性质的影响

5.6单一参数优化实例

5.7对基于CFD技术的液力减速器设计方法的探讨

5.8本章小结

第6章总结与展望

6.1全文总结

6.2展望

参考文献

附录

致谢