發(fā)布時(shí)間：2017-03-19 13:06

  本文關(guān)鍵詞：具備多種生物特征的液力變矩器減阻增效研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：目前,仿生耦合技術(shù)作為一門新興的交叉學(xué)科,與實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)及計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)等手段相結(jié)合,已經(jīng)在流體機(jī)械的設(shè)計(jì)、優(yōu)化和研發(fā)等領(lǐng)域中發(fā)揮著重要的推動(dòng)作用。而由于粘性工作介質(zhì)與流體機(jī)械間的摩擦損失、沖擊損失、流動(dòng)損失等原因,使得液力變矩器效率相對(duì)較低。在這樣的背景下,本文擬運(yùn)用多種生物特征進(jìn)行仿生設(shè)計(jì),改善流動(dòng)狀態(tài)的思路來實(shí)現(xiàn)液力變矩器的減阻增效。本文將以工程機(jī)械中廣泛采用的雙渦輪液力變矩器為研究對(duì)象,從仿生非光滑表面、海豚形體仿生葉片、魚類形態(tài)仿生葉片三個(gè)方面開展研究,具體的研究工作及結(jié)論如下： (1)在液力變矩器數(shù)值模擬中,以近壁面受力、流場瞬態(tài)特征、預(yù)測精度,三個(gè)方面,比較三種湍流模型的優(yōu)劣,證明了分離渦模型是一種有效的探索流體機(jī)械內(nèi)部復(fù)雜流動(dòng)機(jī)理的工具。而后,針對(duì)液力變矩器湍流的邊界層結(jié)構(gòu),對(duì)非光滑單元體的尺寸及排列方式進(jìn)行了設(shè)計(jì)；依照邊界層的網(wǎng)格劃分要求,分別對(duì)原模型和具有仿生非光滑表面的模型進(jìn)行了網(wǎng)格劃分,在同一網(wǎng)格數(shù)量級(jí)上,對(duì)兩種流道模型分別進(jìn)行Computational Fluid Dynamics (CFD)數(shù)值模擬,結(jié)果表明：仿生非光滑表面能夠顯著的降低非光滑表面區(qū)域的壁面剪應(yīng)力、湍流粘性值、渦量及速度大小,能夠提升現(xiàn)有液力變矩器的效率1到2個(gè)百分點(diǎn)。 (2)采用海豚形葉型來代替雙渦輪液力變矩器中的二維葉片,結(jié)果表明：應(yīng)用海豚型仿生葉片后,過流截面積將更加平緩,曲面曲率更加平滑,同時(shí)橫向壓力梯度減小,二次流強(qiáng)度減弱,葉片前緣對(duì)液流阻滯的作用減少,流動(dòng)狀況明顯得以改善,能夠提升現(xiàn)有液力變矩器效率1到2個(gè)百分點(diǎn)。 (3)選取鲅魚、青魚、小虎鯊魚、清道夫魚、鯉魚、黃花魚作為掃描測量的對(duì)象,通過逆向工程處理,提取魚體表面的三維數(shù)據(jù)參數(shù)和它的一些細(xì)部特征,建立了起相應(yīng)的中間流線、厚度的數(shù)學(xué)模型。針對(duì)液力變矩器各葉片的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),分別提出相應(yīng)的基于魚類體型新的環(huán)量分配方案,同時(shí)建立起葉片的厚度函數(shù)表達(dá)式,通過編寫的MATLAB計(jì)算程序,在不改變內(nèi)外環(huán)形狀、進(jìn)出口處形狀和位置、葉片進(jìn)出角度等參數(shù)的情況下,生成液力變矩器葉片的三維實(shí)體模型,以數(shù)值模擬的方法,總結(jié)出各仿生葉片的性能特征。將鲅魚仿生第二渦輪葉片,鯊魚仿生導(dǎo)輪葉片,清道夫魚仿生第一渦輪葉片,鯉魚仿生泵輪葉片組成一組仿生葉片進(jìn)行計(jì)算,結(jié)果表明最高效率可提升1到2個(gè)百分點(diǎn),借助Rothalpy評(píng)價(jià)液力損失后可知仿生葉片的減阻機(jī)理。將海豚形仿生因素融入后,導(dǎo)輪前緣液力損失將會(huì)降低47%,其他區(qū)域液力損失降低23%。在此基礎(chǔ)上,進(jìn)一步融入仿生非光滑表面后,計(jì)算結(jié)果表明了具備多生物特征的液力變矩器能夠有效的提升現(xiàn)有液力變矩器3到4個(gè)百分點(diǎn)。
【關(guān)鍵詞】：液力變矩器 仿生 非光滑表面 海豚 魚
【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】：2015
【分類號(hào)】：TH137.332
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-21
• 1.1 研究的背景和意義11-12
• 1.2 仿生技術(shù)概述及在流體機(jī)械中應(yīng)用12-17
• 1.2.1 生物特性的減阻機(jī)理及論文構(gòu)想12-14
• 1.2.2 仿生技術(shù)在流體力學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用14-17
• 1.3 液力變矩器葉柵系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀17-18
• 1.4 本文的主要研究內(nèi)容18-21
• 第2章 液力變矩器仿生非光滑表面模型設(shè)計(jì)與數(shù)值模擬21-45
• 2.1 湍流模型RANS、DES與LES數(shù)值模擬對(duì)比研究21-31
• 2.1.1 基本控制方程21-22
• 2.1.2 湍流模型的選擇22-24
• 2.1.3 網(wǎng)格獨(dú)立性測試與數(shù)值模擬方法24-26
• 2.1.4 結(jié)果與分析26-31
• 2.2 液力變矩器仿生非光滑表面模型設(shè)計(jì)31-36
• 2.2.1 湍流邊界層的分層及其速度分布31-33
• 2.2.2 非光滑單元體尺寸與排列方式33-36
• 2.3 液力變矩器仿生非光滑表面數(shù)值模擬36-39
• 2.3.1 計(jì)算域網(wǎng)格劃分36-37
• 2.3.2 邊界層網(wǎng)格劃分要求37-39
• 2.4 計(jì)算結(jié)果和討論39-43
• 2.4.1 壁面剪應(yīng)力與液力損失39-42
• 2.4.2 性能比較42-43
• 2.5 本章小結(jié)43-45
• 第3章 海豚型仿生葉片設(shè)計(jì)及流動(dòng)機(jī)理分析45-53
• 3.1 海豚型葉片特征45-47
• 3.2 數(shù)值計(jì)算方法47-48
• 3.3 結(jié)果與分析48-51
• 3.3.1 壓力-速度矢量48-50
• 3.3.2 液力損失分析與性能比較50-51
• 3.4 本章小結(jié)51-53
• 第4章 基于魚的形態(tài)及厚度分布的葉片環(huán)量分配法研究53-79
• 4.1 逆向工程數(shù)據(jù)采集與分析54-57
• 4.1.1 測量方法54-55
• 4.1.2 逆向處理流程55-57
• 4.2 結(jié)果與分析57-67
• 4.2.1 青魚的測量結(jié)果57-59
• 4.2.2 鲅魚的測量結(jié)果59-62
• 4.2.3 清道夫魚測量結(jié)果62-63
• 4.2.4 虎鯊魚測量結(jié)果63-65
• 4.2.5 黃花魚測量結(jié)果65-66
• 4.2.6 鯉魚測量結(jié)果66-67
• 4.3 液力變矩器葉片設(shè)計(jì)環(huán)量不等分配法67-70
• 4.4 仿生葉片設(shè)計(jì)與性能分析70-78
• 4.4.1 仿生渦輪葉片設(shè)計(jì)與性能分析70-72
• 4.4.2 仿生導(dǎo)輪及第一渦輪葉片設(shè)計(jì)與性能分析72-75
• 4.4.3 仿生泵輪葉片設(shè)計(jì)與性能分析75-78
• 4.5 本章小結(jié)78-79
• 第5章 具備多生物特征的液力變矩器性能分析79-85
• 5.1 仿生葉片組性能預(yù)測79-80
• 5.2 仿生葉片組液力損失分析80
• 5.3 融入海豚形體后的液力損失分析與性能預(yù)測80-82
• 5.4 三種仿生因素融合后的性能預(yù)測82-83
• 5.5 本章小結(jié)83-85
• 第6章 總結(jié)與展望85-87
• 6.1 總結(jié)85-86
• 6.2 展望86-87
• 參考文獻(xiàn)87-93
• 作者簡介及在學(xué)期間所取得的科研成果93-95
• 致謝95

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前9條

1 王龍;喻俊志;胡永輝;范瑞峰;霍繼延;謝廣明;;機(jī)器海豚的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)控制[J];北京大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2006年03期

2 周長海;任露泉;張銳;王淑杰;趙維福;;黃緣真龍虱體表結(jié)構(gòu)與其水中減阻功能的關(guān)系[J];東北師大學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2006年02期

3 勞永新;;潛力無窮的仿生發(fā)明法[J];發(fā)明與創(chuàng)新(綜合版);2009年05期

4 叢茜,王連成,初日法,任露泉,李安祺;凸包形推土板減粘降阻的仿生研究[J];工程機(jī)械;1995年11期

5 王清松 ,馬文星 ,趙罡 ,于清;液力變矩器葉輪和葉片非接觸測量及三維建模[J];工程機(jī)械;2004年04期

6 張錫杰,何芳,林義;液力變矩器工作輪的測繪與反求[J];工程機(jī)械;2005年05期

7 梁然;李傳威;李風(fēng)娟;;基于環(huán)量分配法的某型號(hào)液力變矩器葉片設(shè)計(jì)[J];裝備制造技術(shù);2013年04期

8 張珂;李萬平;;湍流能量耗散率標(biāo)度律實(shí)驗(yàn)研究[J];實(shí)驗(yàn)力學(xué);2010年05期

9 周澍欣;胡慶松;;鯉魚三維建模及流場受力數(shù)值計(jì)算[J];上海海洋大學(xué)學(xué)報(bào);2013年06期

  本文關(guān)鍵詞：具備多種生物特征的液力變矩器減阻增效研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：256082