【摘要】：大功率液力偶合器傳動裝置憑借其優(yōu)越的調(diào)速節(jié)能效果及良好的傳動性能,是火電站、核電站重要的調(diào)速節(jié)能裝備,其應(yīng)用領(lǐng)域逐漸擴展到冶金、石油化工等各個領(lǐng)域。而隨著發(fā)電機組容量的不斷增加,液力偶合器輸入轉(zhuǎn)速和傳遞功率大幅度提高,其內(nèi)部流場處于極其復(fù)雜的氣液兩相瞬態(tài)流動狀態(tài),由內(nèi)流場引發(fā)的瞬態(tài)效應(yīng)導(dǎo)致偶合器能容降低、外部特性失穩(wěn)、發(fā)熱嚴(yán)重等問題,嚴(yán)重影響發(fā)電機組的安全穩(wěn)定運行。目前國內(nèi)對液力偶合器氣液兩相瞬態(tài)流場的研究局限于穩(wěn)態(tài)工況下的速度、壓力流場及氣液兩相分布等,且分析對象也主要是中小功率液力偶合器,無法準(zhǔn)確把握大功率液力偶合器在瞬態(tài)工況的流場特性,限制了液力調(diào)速技術(shù)在大功率傳動領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展。本文以YOCQ510大功率液力偶合器為研究對象,采用CFD數(shù)值計算方法對大功率液力偶合器在動態(tài)調(diào)速工況的氣液兩相瞬態(tài)流動特性進行了數(shù)值計算與分析,并通過內(nèi)、外特性同步測試試驗驗證了數(shù)值計算結(jié)果的有效性。論文工作為自主大功率液力偶合器的開發(fā)提供必要的理論基礎(chǔ)。主要的研究內(nèi)容和結(jié)論如下。1.大功率液力偶合器氣液兩相瞬態(tài)流場數(shù)值計算方法基于液力偶合器內(nèi)部流場流動特點,對流道的特定區(qū)域進行適當(dāng)加密,并通過計算確定了邊界層厚度,同時考慮計算的準(zhǔn)確性和經(jīng)濟性,劃分了多套網(wǎng)格模型,并分析了不同網(wǎng)格質(zhì)量及數(shù)量對數(shù)值計算結(jié)果的影響;確定選取混合應(yīng)力渦模擬方法和VOF兩相流模型進行模擬,計算結(jié)果顯示這種模擬方法可以較好的預(yù)測大功率液力偶合器的環(huán)流運動規(guī)律,且有較高的數(shù)值計算精度;通過編寫UDF程序,模擬了大功率液力偶合器在輸出轉(zhuǎn)速動態(tài)變化過程中氣液兩相流場的運動規(guī)律。2.雷諾數(shù)對湍流瞬態(tài)流場特性的影響以影響雷諾數(shù)的關(guān)鍵參數(shù)——泵輪輸入轉(zhuǎn)速為切入點,研究了雷諾數(shù)對動態(tài)調(diào)速工況下偶合器湍流瞬態(tài)流場的影響規(guī)律。隨著雷諾數(shù)的升高,液力偶合器內(nèi)部流場結(jié)構(gòu)變化顯著,泵輪流道內(nèi)部流場的湍流強度明顯高于渦輪,且由于氣相的影響使得兩相交界處流場脈動較大。同時結(jié)合在高泵輪輸入轉(zhuǎn)速下氣液兩相流體在動態(tài)調(diào)速工況下動態(tài)循環(huán)流動變化過程,更好的把握大功率液力偶合器流場運動規(guī)律。3.大功率液力偶合器流場瞬態(tài)特性分析在雷諾數(shù)較高時,依據(jù)偶合器內(nèi)部氣液兩相分布及環(huán)流狀態(tài),以泵渦輪進出口及其吸力面和壓力面為主要分析區(qū)域,研究了大功率液力偶合器在動態(tài)調(diào)速過程中的流場瞬態(tài)特性。結(jié)果表明液力偶合器主流動域內(nèi)湍動能和湍動能耗散率分布趨于一致,且泵輪入口的葉片吸力面處是湍動耗散最為劇烈的位置;葉片摩擦損耗要比壁面摩擦損耗嚴(yán)重,且在渦輪入口附近出現(xiàn)區(qū)域極值,尤其是在轉(zhuǎn)差率較大時此現(xiàn)象更為明顯。4.液力偶合器內(nèi)、外特性同步測試試驗研究搭建了內(nèi)、外特性同步測試試驗臺并制定了相應(yīng)的試驗方案,采集了4組充液率(q=60%、q=70%、q=80%、q=90%)下不同轉(zhuǎn)速比工況泵輪和渦輪轉(zhuǎn)矩,并將試驗外特性結(jié)果與數(shù)值計算結(jié)果進行對比,兩者吻合較好。同時,通過PIV流場可視化測試,對采集的各個動態(tài)調(diào)速工況的流場圖像進行處理,并與數(shù)值計算結(jié)果進行對比,驗證了在動態(tài)調(diào)速過程中偶合器內(nèi)部流場數(shù)值計算的有效性。
【圖文】：

(a) VOITH 公司偶合器型譜 (b) 國內(nèi) SVL 偶合器型譜圖 1.1 液力偶合器傳動裝置國內(nèi)外功率型譜對比由于液力偶合器內(nèi)部氣液兩相流動的復(fù)雜性，很難用數(shù)學(xué)模型對其進行的描述，因此國外重視對其流場的可視化試驗研究。最早日本學(xué)者內(nèi)山恭一

圖 1.2 流絲法觀察渦輪流道內(nèi)流體流態(tài)ichael Christen 和 Reinhard Kemchen 采用激光多普勒液率為 45%和 85%狀態(tài)下不同轉(zhuǎn)速差工況流場速度合器外殼開口的方式，，使得開口大小正好覆蓋到相鄰
【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】：2018
【分類號】：TH137.331

【參考文獻】

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本文編號：2617850