本文關(guān)鍵詞：液力變矩器葉片仿生非光滑表面減阻研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：液力變矩器是用于傳遞動力的裝置,工作在變速器與發(fā)動機之間,具有載荷自適應(yīng)性與保證車輛具有低速穩(wěn)定性等優(yōu)點,在工程機械與汽車等眾多行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。液力變矩器最為人詬病的是效率較低,在應(yīng)用中不斷面臨著挑戰(zhàn),早期船用上被齒輪取代、在干線機車上被電傳動所取代,目前在轎車自動變速中受到CVT、DCT挑戰(zhàn),在工程機械中受到靜液傳動威脅,因此提高其效率意義重大。當(dāng)液流流過液力變矩器葉柵時,流體的黏性作用會在葉片表面產(chǎn)生邊界層。邊界層內(nèi)存在著湍流猝發(fā)的過程,大量的能耗在這一過程中耗散。此外,邊界層內(nèi)還伴隨著流動分離與二次流等現(xiàn)象,同樣導(dǎo)致流動損失,從而影響變矩器的性能及降低效率。因此,控制邊界層內(nèi)流動,抑制湍流猝發(fā),能夠減少流體在變矩器內(nèi)部尤其是邊界層內(nèi)的流動阻力和能量損失,有效的提高變矩器效率、降低能耗。本文以液力變矩器的流線型葉片代表進行了仿生非光滑表面控制邊界層流動實現(xiàn)減阻增效的研究。主要的工作總結(jié)如下:1.液力變矩器內(nèi)流動瞬態(tài)流動計算首先利用實驗驗證了采用的液力變矩器CFD內(nèi)流動瞬態(tài)流動計算方法的有效性,采用同樣的CFD模擬方法進行減阻效果評價和機理分析。運用LES中的DSL(Dynamic Smagorinsky-Lilly)亞格子模型,設(shè)置無滑移邊界條件,采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格并設(shè)置合適的控制參數(shù)等。以YJ315型液力變矩器為研究對象,將仿真數(shù)據(jù)與實驗數(shù)據(jù)進行比較,扭矩比的最大誤差為1.45%,效率的最大變化誤差為4.5%,容量系數(shù)的最大變化誤差為13.86%,啟動轉(zhuǎn)矩與效率的最大誤差均小于5%,計算準確度很高,證明了數(shù)值模擬方法的有效性與正確性。2.葉片仿生非光滑設(shè)計與非線性優(yōu)化依據(jù)YJ315型液力變矩器導(dǎo)輪葉片不同表面的流動狀態(tài),在其表面設(shè)計仿生溝槽與乳突的仿生結(jié)構(gòu)。選取減阻效果較好的鯊魚、鷹、海豹及貝殼體表微結(jié)構(gòu)作為生物原型,在葉片吸力面上分別設(shè)計四種不同形狀的仿生溝槽。在葉片的壓力面上,設(shè)計仿生玫瑰乳突結(jié)構(gòu),形成疏水表面。對具有溝槽仿生葉片的流場進行了數(shù)值模擬,結(jié)果顯示L型溝槽(海豹體表微結(jié)構(gòu))的減阻效果最佳,減阻率為9.85%。再利用ISIGHT對L型仿生溝槽結(jié)構(gòu)參數(shù)進行非線性優(yōu)化,以葉片減阻率為目標函數(shù),選定設(shè)計變量與約束條件,利用拉丁超立方方法獲得樣本點及檢測樣本點,選擇多島遺傳算法進行優(yōu)化設(shè)計。優(yōu)化后的仿生葉片的減阻性能大幅提升,減阻率達到11.498%,這在仿生機械設(shè)計領(lǐng)域內(nèi)是處于一種比較高的水平,減阻效果比較理想。3.仿生葉片的制備及減阻實驗通過實驗手段對仿生葉片進行減阻性能的測試,并與仿真數(shù)據(jù)對比,以驗證仿生設(shè)計的正確性。采用數(shù)控精雕機加工L型溝槽,利用化學(xué)方法制備乳突疏水表面。確定減阻性能測試的實驗方案,搭建流體機械固定元件減阻性能測試實驗臺,對文中設(shè)計的仿生葉片進行減阻性能的測試,結(jié)果表明:仿生葉片確實具有減阻特性,驗證了仿生葉片減阻仿生設(shè)計與非線性優(yōu)化的有效性。4.仿生葉片的減阻機理分析仿生結(jié)構(gòu)能夠減小葉片的壁面剪切力與渦量大小,降低葉片流場中的能量損耗。文中對橫向溝槽減阻起效區(qū)進行定義并分析,發(fā)現(xiàn)并提出溝槽內(nèi)生成的輪胎渦是實現(xiàn)減阻的重要渦結(jié)構(gòu),其減阻機理為:流體經(jīng)過葉片表面時產(chǎn)生大量旋渦,旋渦與溝槽相互作用產(chǎn)生二次渦,即輪胎渦,輪胎渦的強化與發(fā)展削弱了湍流邊界層的動量交換過程,穩(wěn)定流場并降低能量損失。通過改變溝槽的h+、s+,減阻效果得到進一步的改善,減阻率達到13.2%,證明了文中分析的正確性。葉片壓力面的仿生玫瑰乳突結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了葉片出口流量的增大,具有一定的疏水效果。利用SEM方法對葉片疏水表面進行掃面觀察,疏水表面具有雙層微細結(jié)構(gòu),其內(nèi)部空氣減小了流體與金屬表面的接觸面積,減小了流體流經(jīng)葉片表面的黏附性,從而實現(xiàn)較好的減阻效果。
【關(guān)鍵詞】：液力變矩器 仿生葉片 微型溝槽 乳突 邊界層
【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】：2016
【分類號】：TH137.332
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第1章 緒論12-24
• 1.1 選題背景及研究的目的和意義12-14
• 1.2 仿生減阻技術(shù)的研究現(xiàn)狀14-19
• 1.2.1 仿生溝槽減阻研究現(xiàn)狀15-17
• 1.2.2 疏水表面減阻研究現(xiàn)狀17-19
• 1.3 基于CFD液力變矩器設(shè)計與優(yōu)化研究現(xiàn)狀19-21
• 1.4 本文主要研究內(nèi)容21-24
• 第2章 液力變矩器內(nèi)流動瞬態(tài)流動計算24-36
• 2.1 大渦模擬控制方程24-27
• 2.1.1 基本控制方程24-25
• 2.1.2 Smagorinsky-Lilly模型25-26
• 2.1.3 動態(tài)Smagorinsky-Lilly模型26-27
• 2.2 液力變矩器湍流LES數(shù)值模擬27-34
• 2.2.1 邊界條件28-29
• 2.2.2 劃分計算網(wǎng)格29-30
• 2.2.3 湍流算法和參數(shù)30-31
• 2.2.4 求解離散方程及收斂性31-32
• 2.2.5 結(jié)果與分析32-34
• 2.3 本章小結(jié)34-36
• 第3章 液力變矩器仿生非光滑葉片設(shè)計與制造36-60
• 3.1 仿生結(jié)構(gòu)原型36-39
• 3.1.1 動物非光滑表面36-38
• 3.1.2 植物非光滑表面38-39
• 3.2 葉片吸力面仿生溝槽設(shè)計39-55
• 3.2.1 仿生非光滑單元體形態(tài)的確定39-40
• 3.2.2 仿生非光滑單元體尺寸的確定40-41
• 3.2.3 仿生葉片數(shù)值模擬41-46
• 3.2.4 基于ISIGHT的仿生溝槽非線性優(yōu)化46-55
• 3.3 葉片壓力面乳突疏水表面設(shè)計55-56
• 3.4 仿生非光滑葉片制造56-59
• 3.4.1 加工設(shè)備56-57
• 3.4.2 微溝槽加工參數(shù)設(shè)置57-58
• 3.4.3 疏水表面加工參數(shù)設(shè)置58-59
• 3.5 本章小結(jié)59-60
• 第4章 液力變矩器仿生葉片減阻實驗60-68
• 4.1 減阻實驗原理與搭建60-63
• 4.1.1 減阻測試實驗平臺60-62
• 4.1.2 減阻實驗流程及數(shù)據(jù)修正62-63
• 4.2 仿生葉片實驗結(jié)果及分析63-66
• 4.3 本章小結(jié)66-68
• 第5章 液力變矩器仿生葉片的減阻機理分析68-80
• 5.1 仿生溝槽對流場狀態(tài)的影響與分析68-72
• 5.1.1 對流場中流體速度的影響68-69
• 5.1.2 對流場中葉片壁面受力的影響69-71
• 5.1.3 對葉片流動區(qū)域內(nèi)能量的影響71-72
• 5.2 仿生非光滑表面的減阻機理72-75
• 5.2.1 溝槽“輪胎渦”減阻機理72-74
• 5.2.2 基于減阻機理的溝槽優(yōu)化74-75
• 5.3 仿生乳突減阻機理75-78
• 5.3.1 疏水表面微觀形貌75-76
• 5.3.2 疏水表面的性能分析76-78
• 5.4 本章小結(jié)78-80
• 第6章 總結(jié)與展望80-84
• 6.1 主要研究工作和結(jié)論80-81
• 6.2 展望81-84
• 參考文獻84-92
• 作者簡介及在學(xué)期間所取得的科研成果92-94
• 致謝94

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 苗立軍;5015410A型液力變矩器最小補償壓力值的確定[J];起重運輸機械;2000年02期

2 陳海虹;液力變矩器在工程機械上的應(yīng)用和發(fā)展[J];貴州工業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2001年04期

3 周朝霞;張傳愛;;液力變矩器的正確檢查和維護[J];輕型汽車技術(shù);2001年12期

4 朱金海;液力變矩器的保養(yǎng)與故障分析[J];起重運輸機械;2002年04期

5 張新榮,黃宗益;液力變矩器的閉鎖及其控制研究[J];筑路機械與施工機械化;2002年02期

6 劉振軍,秦大同,胡建軍,楊亞聯(lián);轎車用液力變矩器性能試驗分析[J];重慶大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2002年02期

7 趙紅,馬文星,王大志;液力變矩器動態(tài)特性辨識方法的探討[J];工程機械;2002年07期

8 李雪原,閻清東;液力變矩器葉片制作方法研究[J];兵工學(xué)報;2003年04期

9 祖炳潔,賈糧棉 ,鄭明軍;液力變矩器在工程機械中的正確使用與檢查[J];起重運輸機械;2003年08期

10 吳麗麗;試論控制液力變矩器性能措施的有效途徑[J];云南交通科技;2003年02期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 項昌樂;閆清東;戴德修;;液力變矩器的應(yīng)用與發(fā)展[A];液壓氣動密封行業(yè)信息�？瘏R編第二卷[C];2003年

2 陳紀新;;裝卸運輸機械中液力變矩器的應(yīng)用[A];上海物流工程學(xué)會2003’論文集[C];2003年

3 趙靜一;馬玉良;王智勇;;新型液力變矩器性能試驗臺設(shè)計[A];慶祝中國力學(xué)學(xué)會成立50周年暨中國力學(xué)學(xué)會學(xué)術(shù)大會’2007論文摘要集（上）[C];2007年

4 齊學(xué)義;張風(fēng)羽;翟小兵;;液力變矩器三元流場計算的一種近似方法[A];西部大開發(fā) 科教先行與可持續(xù)發(fā)展——中國科協(xié)2000年學(xué)術(shù)年會文集[C];2000年

5 魏巍;閆清東;;液力變矩器葉柵系統(tǒng)三維優(yōu)化設(shè)計方法研究[A];第四屆全國流體傳動與控制學(xué)術(shù)會議論文集[C];2006年

6 吳發(fā)乾;;發(fā)動機和液力變矩器輸出特性合成計算方法[A];推進節(jié)能環(huán)保，給力綠色崛起——海南省機械工程學(xué)會、海南省機械工業(yè)質(zhì)量管理協(xié)會2012年海南機械科技學(xué)術(shù)報告會交流論文集[C];2012年

7 李吉元;閆清東;;牽引-制動型液力變矩器與機械制動器聯(lián)合制動控制系統(tǒng)研究[A];機床與液壓學(xué)術(shù)研討會論文集[C];2004年

8 李吉元;閆清東;;牽引-制動型液力變矩器與機械制動器聯(lián)合制動控制系統(tǒng)研究[A];第三屆全國流體傳動及控制工程學(xué)術(shù)會議論文集（第二卷）[C];2004年

9 吳慶玲;陳偉;韓洪江;;裝載機發(fā)動機與液力變矩器的匹配分析[A];2010全國機械裝備先進制造技術(shù)(廣州)高峰論壇論文匯編[C];2010年

10 魏巍;張利霞;閆清東;;液力變矩器流場計算可視化及其OpenGL實現(xiàn)[A];機床與液壓學(xué)術(shù)研討會論文集[C];2004年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 靳書陽;航天動力定增募資10億 建汽車液力變矩器項目[N];證券時報;2011年

2 楊章躍　許雪勤;江西飛龍鉆頭液力變矩器項目通過專家驗收[N];中國工業(yè)報;2009年

3 ;立足市場 銳意創(chuàng)新[N];大眾科技報;2005年

4 本報記者 楊景定;銷車顧問：你有多少東西讓人可問？[N];當(dāng)代汽車報;2007年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前9條

1 劉春寶;轎車扁平化液力變矩器研究[D];吉林大學(xué);2009年

2 劉仕平;液力變矩器的數(shù)學(xué)模型、新型設(shè)計方法及內(nèi)部流場研究[D];太原理工大學(xué);2010年

3 石祥鐘;液力變矩器內(nèi)部三維流動數(shù)值模擬與特性預(yù)測方法研究[D];吉林大學(xué);2005年

4 田華;液力變矩器現(xiàn)代設(shè)計理論的研究[D];吉林大學(xué);2005年

5 劉城;向心渦輪式液力變矩器葉柵系統(tǒng)參數(shù)化設(shè)計方法研究[D];北京理工大學(xué);2015年

6 譚越;沖焊型液力變矩器沖壓成形數(shù)值模擬與試驗研究[D];吉林大學(xué);2014年

7 劉樹成;車用柴油機與液力變矩器動態(tài)匹配技術(shù)研究[D];北京理工大學(xué);2015年

8 褚亞旭;基于CFD的液力變矩器設(shè)計方法的理論與實驗研究[D];吉林大學(xué);2006年

9 李興忠;越野車用液力機械式自動變速器控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D];吉林大學(xué);2014年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 朱建華;液力變矩器理論設(shè)計方法的研究[D];重慶大學(xué);2008年

2 鄒亞科;鈑金型液力變矩器內(nèi)流場分析[D];長安大學(xué);2009年

3 成龍;液力變矩器熱平衡研究和冷卻系統(tǒng)設(shè)計[D];武漢理工大學(xué);2010年

4 席智星;制造方法對液力變矩器性能影響的研究[D];吉林大學(xué);2011年

5 趙永志;液力變矩器的葉片設(shè)計[D];吉林大學(xué);2005年

6 王曉晶;液力變矩器葉柵參數(shù)優(yōu)化及造型研究[D];哈爾濱理工大學(xué);2005年

7 許濤;液力變矩器三維流場仿真計算[D];武漢理工大學(xué);2006年

8 李勤;4T65E型液力變矩器的變形仿真研究[D];浙江大學(xué);2003年

9 熊欣;基于虛擬制造的液力變矩器設(shè)計與開發(fā)[D];武漢理工大學(xué);2004年

10 吳波;液力變矩器的三維流場仿真計算[D];吉林大學(xué);2008年

  本文關(guān)鍵詞：液力變矩器葉片仿生非光滑表面減阻研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：314009