本文關(guān)鍵詞： 液力變矩器 尺度解析數(shù)值模擬 熱流場(chǎng) 葉片分段化處理　出處：《吉林大學(xué)》2017年碩士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

【摘要】：尺度解析法(Scale-Resolving Simulation,SRS)是大渦模擬方法(Large Eddy Simulation,LES)和混合模擬方法(Hybrid RANS/LES,HRL)的統(tǒng)稱(chēng),它與RANS全流動(dòng)尺度上進(jìn)行模型化處理不同,實(shí)現(xiàn)了部分流動(dòng)尺度上的解析求解,因此SRS模擬具有理論上的先進(jìn)性。SRS模擬在液力變矩器內(nèi)流場(chǎng)計(jì)算中應(yīng)用還很不充分,只有一些有限的嘗試,而未有系統(tǒng)深入的研究。本文依托“863計(jì)劃”先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域主題項(xiàng)目課題“面向土方機(jī)械動(dòng)力總成全生命周期設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)(2014AA041502)”,應(yīng)用大量的SRS模型進(jìn)行液力變矩器內(nèi)部瞬態(tài)流動(dòng)計(jì)算,分析了湍流模型的流動(dòng)信息捕捉能力,試驗(yàn)驗(yàn)證了尺度解析方法(SRS)具有更高的準(zhǔn)確度。為了進(jìn)一步提高液力變矩器的內(nèi)流場(chǎng)計(jì)算精度,進(jìn)行了變粘度SRS熱流場(chǎng)計(jì)算。最后將本文得到SRS計(jì)算方法成功應(yīng)用在變矩器優(yōu)化設(shè)計(jì)中,從而實(shí)現(xiàn)了理論計(jì)算更好的實(shí)現(xiàn)指導(dǎo)工程設(shè)計(jì)的目標(biāo)。所做主要研究工作以及相關(guān)結(jié)論如下:(1)液力變矩器內(nèi)流場(chǎng)尺度解析數(shù)值模擬系統(tǒng)性的應(yīng)用SRS方法對(duì)液力變矩器進(jìn)行了CFD仿真計(jì)算。從湍流模型的流場(chǎng)捕捉能力和外特性預(yù)測(cè)精度兩方面著手,發(fā)現(xiàn)尺度解析方法可以高精度地預(yù)測(cè)變矩器的工作性能及其內(nèi)部流動(dòng)狀態(tài)。其中,SBES模型和LES方法中的KET亞格子模型能夠獲得較高的外特性預(yù)測(cè)精度,與試驗(yàn)最大誤差分別為3.24%和4.1%,遠(yuǎn)小于RANS中SST k-ω9.8%的最大誤差值。通過(guò)流場(chǎng)捕捉能力對(duì)比分析,二者同樣具有較好的流場(chǎng)捕捉能力,尤其是SBES模型能夠更好地捕捉到泵輪和渦輪交界面的流動(dòng)信息的連續(xù)性。然而SBES對(duì)計(jì)算網(wǎng)格質(zhì)量要求更高,相比于KET模型,其前處理時(shí)間較長(zhǎng),計(jì)算花費(fèi)代價(jià)相對(duì)較大。在外特性計(jì)算精度要求不高的情況下,KET模型更為適合。這不僅能夠提高預(yù)測(cè)的精度,并且大大減少了湍流模型選擇的難度。(2)基于變粘度的液力變矩器熱流場(chǎng)尺度解析計(jì)算提出一種基于變粘度工作介質(zhì)的變矩器內(nèi)流場(chǎng)SRS計(jì)算方法。研究了油溫對(duì)油液動(dòng)力粘度的影響。并根據(jù)油液溫度變化動(dòng)態(tài)調(diào)整工作介質(zhì)油液的粘度屬性,進(jìn)行了液力變矩器熱流場(chǎng)變粘度SRS數(shù)值模擬。研究發(fā)現(xiàn),考慮介質(zhì)粘度隨溫度變化后,外特性預(yù)測(cè)精度相較恒粘度數(shù)值模擬有了長(zhǎng)足提高,其最大誤差小于3%,大幅度減少了恒粘度數(shù)值模擬預(yù)測(cè)誤差。通過(guò)分析變粘度和恒粘度條件下液力變矩器內(nèi)部熱流場(chǎng)結(jié)構(gòu),解釋了變粘度熱流場(chǎng)數(shù)值模擬提高液力變矩器外特性預(yù)測(cè)精度的原因,進(jìn)而闡述了考慮溫度影響進(jìn)行變粘度SRS計(jì)算的必要性。(3)尺度解析計(jì)算方法在液力變矩器設(shè)計(jì)中的應(yīng)用基于變粘度工作介質(zhì)的SRS模擬,能夠準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)變矩器性能,使CFD技術(shù)能夠在變矩器設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)中發(fā)揮更大作用�；赟RS模擬結(jié)果對(duì)變矩器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),能夠提高變矩器效率,縮短設(shè)計(jì)周期。本文提出了對(duì)渦輪葉片進(jìn)行分段化處理來(lái)提高變矩器性能的假設(shè)。在葉片的進(jìn)出口角度不變基礎(chǔ)上,根據(jù)變矩器渦輪內(nèi)部葉片繞流情況,在渦輪葉片高壓力區(qū)域邊緣對(duì)變矩器渦輪葉片進(jìn)行了三種分段化處理。設(shè)計(jì)了渦輪葉片的主葉片和尾葉片對(duì)頂式、交錯(cuò)式、搭疊式三種分布形式的液力變矩器。并應(yīng)用SRS方法對(duì)這三種形式液力變矩器進(jìn)行了變粘度數(shù)值模擬。研究結(jié)果表明渦輪葉片分段化處理后,其主葉片和尾葉片對(duì)頂式液力變矩器的性能相對(duì)原液力變矩器有長(zhǎng)足提升。最大效率從86.2%提高到87.16%,失速變矩比由2.454提高到2.63,同時(shí)失速工況的公稱(chēng)轉(zhuǎn)矩也有7.7%的提升。此外,通過(guò)定性、定量分析原模型和分段化處理后液力變矩器渦輪內(nèi)部的流動(dòng)情況,解釋了渦輪葉片分段化處理后,主葉片和尾葉片對(duì)頂式液力變矩器具有較好性能的原因。將SRS方法應(yīng)用在變矩器性能改進(jìn)過(guò)程中,能夠?yàn)樽兙仄髟O(shè)計(jì)工作提供參考。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TH137.332

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本文編號(hào)：1520435