【摘要】：隨著傳統(tǒng)能源的日趨枯竭，發(fā)展低碳經(jīng)濟、節(jié)能降耗成為當今工業(yè)發(fā)展的必經(jīng)之路。調速型液力偶合器具有顯著的節(jié)能效果，在大型泵與風機用量不斷增加的情況下，大功率調速型液力偶合器的應用將會產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。調速型液力偶合器具有啟動平穩(wěn)、無級調速、減緩設備沖擊扭振等優(yōu)越性能。調速型液力偶合器是利用轉差進行調速的，，存在轉差功率損失，這些損失的能量將轉變?yōu)闊崮�，使工作液體的溫度不斷升高。如果這些高溫工作液體不能得到及時冷卻，將使工作液體的物理性質發(fā)生改變，如密度和黏度降低，進而使傳動能力下降，嚴重時將導致密封元件老化、漏油和滲油現(xiàn)象的發(fā)生。據(jù)調查，液力傳動油溫度過高是調速型液力偶合器的常見故障之一。為了解決這一問題，本文以國家高技術研究發(fā)展計劃（863計劃）專題課題“大型泵與風機液力調速節(jié)能關鍵技術研究（2007AA05Z256）”為依托，針對大功率調速型液力偶合器工作腔以及換熱器內的流動和換熱特性進行數(shù)值計算和實驗研究，通過數(shù)值計算使其內部流動和換熱規(guī)律實現(xiàn)可視化，從而為液力偶合器的優(yōu)化設計、換熱器的匹配及改進提供一定的理論基礎。本文的研究內容主要有以下幾個方面： 1.調速型液力偶合器的熱流耦合研究 介紹了符合液力偶合器內流體流動與換熱特點的控制方程，將靜止坐標系下的控制方程轉換到旋轉坐標系下，推導出用流場變量表示的能量方程，指出流場與溫度場的耦合關系。以YOCQZ465調速型液力偶合器為研究對象，對其工作腔內流體的流動與換熱進行數(shù)值計算�？紤]到研究對象為三維黏性非穩(wěn)態(tài)的兩相湍流流動傳熱，在建立控制方程組時，選取了連續(xù)性方程、動量方程、能量方程，并采用k ε兩方程湍流模型封閉上述方程組。為了使仿真計算結果更加真實可靠，計算區(qū)域選取全流道模型，使用非結構混合網(wǎng)格法生成了網(wǎng)格模型，并采用多流動區(qū)域耦合算法中的滑移網(wǎng)格法對泵輪和渦輪流道進行統(tǒng)一計算，該方法對復雜的流動傳熱問題的數(shù)值研究具有一定的指導意義。 2.調速型液力偶合器的熱流耦合數(shù)值計算與分析 通過經(jīng)驗公式計算出熱電廠鍋爐給水泵用YOCQZ465調速型液力偶合器的最大轉差功率損失工況點為全充液，轉速比為0.667時，即（i=0.667,qc=100%）。對該工況點與典型牽引工況點（i=0.8,qc=80%）的液力偶合器工作腔流體的流動換熱進行了數(shù)值計算。通過對兩種工況下液力偶合器工作腔內流體溫度場的計算，得出液力偶合器處于最大轉差功率損失工況點時內部流體溫度較高的結論，證明了經(jīng)驗公式的正確性。通過對兩種工況下液力偶合器全流道與流道切面的速度場、溫度場、壓力場、以及液相體積分布圖的分析與研究，指出調速型液力偶合器在全充液和部分充液情況下工作腔內流體流動與換熱規(guī)律。通過對這些流動換熱特性形成原因的分析與研究，證明流體的黏度和工作腔內的幾何形狀對液力偶合器內流動與能量傳遞有很大的影響，對調速型液力偶合器的優(yōu)化設計，提高其工作性能具有一定的指導意義。在此基礎上，本文繪制了液力偶合器在不同工作油溫時各個工況下的轉矩曲線，通過對比表明，在合理范圍內油溫過高，傳遞轉矩能力下降，因此在實際工作中，應盡量避免工作油溫升較高的工況。 3.換熱器流動換熱數(shù)值分析及其結構改進 對熱電廠鍋爐給水泵調速用YOCQZ465調速型液力偶合器現(xiàn)用換熱器的冷卻能力進行理論分析。根據(jù)管殼式換熱器實體進行三維建模，對整個流動區(qū)域進行流動傳熱的數(shù)值計算。數(shù)值模擬得到換熱器殼程和管程內流體速度場與溫度場，揭示了管殼式換熱器內兩種工作介質的真實流動及換熱情況。這有助于進一步了解管殼式換熱器的換熱機理。 根據(jù)強化傳熱技術理論對管殼式換熱器的管程和殼程進行結構改進，改進后的管殼式換熱器體積變小，抗結垢能力增強，能耗降低。利用CFD數(shù)值模擬軟件分析了結構改進前后換熱管及殼程流體的流動情況和換熱性能，結果表明改進后的換熱器的綜合換熱性能明顯優(yōu)于改進前的換熱器。 4.調速型液力偶合器熱平衡實驗研究 針對YOCQZ465調速型液力偶合器的熱平衡問題進行了實驗研究，分別對熱電廠典型牽引工況和空載試驗臺上液力偶合器各個主要溫度測試點進行數(shù)據(jù)采集。熱電廠典型牽引工況下采集的液力偶合器進出口油溫與CFD數(shù)值模擬結果基本相符，證明了本文所采用的數(shù)值計算方法具有一定的可靠性，對于較復雜情況下的流動換熱研究具有一定的指導意義。通過對空載實驗數(shù)據(jù)的分析能夠了解除負載外還有其它原因帶來的能量損失，為數(shù)值計算方法的完善和數(shù)值計算結果的修正提供依據(jù)。
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【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TH137.331

【參考文獻】

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本文編號：2423077