本文關(guān)鍵詞： 液力變矩器 尺度解析數(shù)值模擬 熱流場 葉片分段化處理　出處：《吉林大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：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,它與RANS全流動尺度上進行模型化處理不同,實現(xiàn)了部分流動尺度上的解析求解,因此SRS模擬具有理論上的先進性。SRS模擬在液力變矩器內(nèi)流場計算中應(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計劃”先進制造技術(shù)領(lǐng)域主題項目課題“面向土方機械動力總成全生命周期設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)(2014AA041502)”,應(yīng)用大量的SRS模型進行液力變矩器內(nèi)部瞬態(tài)流動計算,分析了湍流模型的流動信息捕捉能力,試驗驗證了尺度解析方法(SRS)具有更高的準確度。為了進一步提高液力變矩器的內(nèi)流場計算精度,進行了變粘度SRS熱流場計算。最后將本文得到SRS計算方法成功應(yīng)用在變矩器優(yōu)化設(shè)計中,從而實現(xiàn)了理論計算更好的實現(xiàn)指導(dǎo)工程設(shè)計的目標。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)流場尺度解析數(shù)值模擬系統(tǒng)性的應(yīng)用SRS方法對液力變矩器進行了CFD仿真計算。從湍流模型的流場捕捉能力和外特性預(yù)測精度兩方面著手,發(fā)現(xiàn)尺度解析方法可以高精度地預(yù)測變矩器的工作性能及其內(nèi)部流動狀態(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)測精度,與試驗最大誤差分別為3.24%和4.1%,遠小于RANS中SST k-ω9.8%的最大誤差值。通過流場捕捉能力對比分析,二者同樣具有較好的流場捕捉能力,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信息的連續(xù)性。然而SBES對計算網(wǎng)格質(zhì)量要求更高,相比于KET模型,其前處理時間較長,計算花費代價相對較大。在外特性計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尺度解析計算提出一種基于變粘度工作介質(zhì)的變矩器內(nèi)流場SRS計算方法。研究了油溫對油液動力粘度的影響。并根據(jù)油液溫度變化動態(tài)調(diào)整工作介質(zhì)油液的粘度屬性,進行了液力變矩器熱流場變粘度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)測精度相較恒粘度數(shù)值模擬有了長足提高,其最大誤差小于3%,大幅度減少了恒粘度數(shù)值模擬預(yù)測誤差。通過分析變粘度和恒粘度條件下液力變矩器內(nèi)部熱流場結(jié)構(gòu),解釋了變粘度熱流場數(shù)值模擬提高液力變矩器外特性預(yù)測精度的原因,進而闡述了考慮溫度影響進行變粘度SRS計算的必要性。(3)尺度解析計算方法在液力變矩器設(shè)計中的應(yīng)用基于變粘度工作介質(zhì)的SRS模擬,能夠準確地預(yù)測變矩器性能,使CFD技術(shù)能夠在變矩器設(shè)計開發(fā)中發(fā)揮更大作用�；赟RS模擬結(jié)果對變矩器進行優(yōu)化設(shè)計,能夠提高變矩器效率,縮短設(shè)計周期。本文提出了對渦輪葉片進行分段化處理來提高變矩器性能的假設(shè)。在葉片的進出口角度不變基礎(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)域邊緣對變矩器渦輪葉片進行了三種分段化處理。設(shè)計了渦輪葉片的主葉片和尾葉片對頂式、交錯式、搭疊式三種分布形式的液力變矩器。并應(yīng)用SRS方法對這三種形式液力變矩器進行了變粘度數(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頂式液力變矩器的性能相對原液力變矩器有長足提升。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,同時失速工況的公稱轉(zhuǎn)矩也有7.7%的提升。此外,通過定性、定量分析原模型和分段化處理后液力變矩器渦輪內(nèi)部的流動情況,解釋了渦輪葉片分段化處理后,主葉片和尾葉片對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過程中,能夠為變矩器設(shè)計工作提供參考。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TH137.332

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本文編號：1520435