液力變矩器是液力傳動的重要元件之一，是由帶葉片的泵輪、渦輪、導(dǎo)輪組成的流道封閉的多葉輪透平機(jī)械，液體在流道內(nèi)做復(fù)雜的三維粘性非定常紊流流動，過去無論是實驗方法還是理論方法，準(zhǔn)確分析工作介質(zhì)在各元件內(nèi)的流動狀況都有相當(dāng)?shù)碾y度。計算流體動力學(xué)（CFD）是20世紀(jì)60年代伴隨計算機(jī)技術(shù)迅速崛起的學(xué)科。經(jīng)過半個世紀(jì)的迅猛發(fā)展，這門學(xué)科在理論和應(yīng)用方面都已接近成熟，成熟的一個重要標(biāo)志是近十年來，各種CFD通用軟件包的陸續(xù)出現(xiàn)，成為商業(yè)化軟件。他們主要是用來求解流體力學(xué)中的Navier-stokes方程。本文在UG和ANSYS軟件的基礎(chǔ)上對液力變矩器的內(nèi)部流場進(jìn)行研究。通過求解N-S方程來獲得液力變矩器的內(nèi)部流場，但是由于計算軟件和計算流體力學(xué)本身存在的一些不太完善的假設(shè)的存在，使得計算過程還有許多需要解決的問題。 第一章介紹了選題背景和本文的研究內(nèi)容。數(shù)值模擬也叫計算機(jī)模擬，它具有耗費小、時間短、省人力的優(yōu)點，同時它具有很好的重復(fù)性，條件易于控制，可重復(fù)模擬過程，這對紊流的數(shù)值模擬尤為重要。文章首先介紹了數(shù)值模擬技術(shù)的發(fā)展和它在流場計算和分析中的應(yīng)用，并介紹了幾種流場分析軟件，證實了數(shù)值模擬是一種對液力變矩器的內(nèi)部流場進(jìn)研究的很好的方法，ANSYS軟件以它的獨有的優(yōu)點完全可以承擔(dān)這個任務(wù)；接著介紹了流場分析的理論和設(shè)計方法的發(fā)展和現(xiàn)狀；并簡要介紹了流場測試的幾種方法。 第二章主要介紹有限元的解題原理和思路。有限元法作為有效的數(shù)值模擬方法在計算流體力學(xué)中起著越來越重要的作用，它不僅用于線性問題，而且逐步推廣到非線性問題，如流體力學(xué)中的復(fù)雜非線性方程N(yùn)—S方程的求解，用有限元法可以得到很好的效果。因此文章介紹了有限元數(shù)學(xué)基礎(chǔ)即變分原理、里茲法和加權(quán)余量法，并結(jié)合本論文研究的重點液力變矩器介紹了有限元解題的步驟。 第三章的基本內(nèi)容是ANSYS中的CFD（計算流體力學(xué)）的理論基礎(chǔ)。首先推導(dǎo)出流場計算的基本方程，因為液力變矩器中流體的流動處于紊流狀態(tài)，因此對雷諾方程進(jìn)行了介紹，并分析了幾種紊流模型，論述了各個模型的特點。 WP=93 用有限元法解流體動力學(xué)方程涉及到偏微分方程的離散即流體流動矩陣進(jìn)行了推導(dǎo)，文中ANSYS的方程離散化方法作了簡要地介紹。ANSYS同時給出的求解偏微分方程的速度—壓力耦合算法的求解器，并對求解的收斂性和穩(wěn)定性進(jìn)行了介紹：收斂準(zhǔn)則、控制收斂的方法和穩(wěn)定求解的原理。 第四章的內(nèi)容主要建立液力變矩器內(nèi)部流場的計算模型和給出流場的計算條件。在本章中首先提出了研究液力變矩器流場的幾個約定和一些假設(shè)，對流場進(jìn)行了適當(dāng)?shù)暮喕�，以便于分析。然后，利用UG軟件建立葉輪流道的三維模型，并將該模型導(dǎo)入到ANSYS中劃分計算網(wǎng)格。流道的進(jìn)口邊界條件設(shè)為速度邊界條件，出口設(shè)為壓力邊界條件，其它設(shè)為壁面邊界條件。在ANSYS中提供了很多的紊流模型、離散格式和速度—壓力耦合算法，在本文中對各種模型和算法的特點進(jìn)行了說明。為了選擇最適合本文研究內(nèi)容的模型和算法，設(shè)置了多組算例，分別對不同的模型和算法進(jìn)行了對比分析，最后確定紊流模型使用標(biāo)準(zhǔn) 模型，速度—壓力耦合算法使用SIMPLEN算法，離散格式采用單調(diào)流線逆風(fēng)算法（MSU）。在本章的最后，給出了各工況下流道進(jìn)口的初始速度，提出了循環(huán)計算的收斂條件，作為循環(huán)計算結(jié)束的標(biāo)準(zhǔn)，并以流程圖的形式描述了流場數(shù)值計算的步驟。 第五章中對計算得到的起動工況（i=0）、速比（i=0.4）、最高效率工況（i=0.718）和速比（i=0.8）四種工況的流場作了定性分析，并與Y. Dongh和B. Lakshminarayana的計算結(jié)果進(jìn)行了對比。 第六章對全文進(jìn)行了總結(jié)，闡述了論文所做的主要工作和研究成果。
【學(xué)位單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2004
【中圖分類】：TH137
【部分圖文】：

圖 2-1 渦輪網(wǎng)格模型點號：全區(qū)域的節(jié)點，按一定的順序統(tǒng)一編號。則是盡可能使同一個單元內(nèi)的節(jié)點號比較接近。點號：對每一個單元，將其中的節(jié)點，按一定的為 i, i=1,2,…I, I 是單元中的節(jié)點數(shù)目。如六面體八相對每一個單元而言的，因此必須和單元號聯(lián)系的任一節(jié)點，都有兩個序號，總體節(jié)點號和單元軟件進(jìn)行有限元分析時，只需選定單元類型，計算點編號。與里茲法和加權(quán)余量法相比的不同點之一就在于元中選取的。由于各個單元具有規(guī)則的幾何形狀，的影響，因此在單元中選取基函數(shù)可遵循一定的中的基函數(shù)為｛φ(e)i｝，則單元中近似函數(shù)（亦稱(e)(e)(e)

第四章 液力變矩器流場計算模型§4.1 流場計算模型液力變矩器是液力傳動的重要元件之一，自從 1912 年液力傳動在傳動系統(tǒng)中得到應(yīng)用并繼而憑借其顯著優(yōu)點取得迅猛發(fā)展以后，液力變矩器已成為工程機(jī)械、汽車機(jī)械等多種機(jī)械的傳動系統(tǒng)的重要元件。美國 100%的市內(nèi)公共汽車、90%以上的轎車、70%以上的重型汽車和其他工程車輛都裝配了液力變矩器。我國的液力傳動裝置最早出現(xiàn)在五十年代，目前在我國機(jī)械行業(yè)的各種傳動系統(tǒng)中液力傳動正在受到重視。研究液力變矩器內(nèi)部流場主要有試驗方法和計算分析兩種方法。本文的目的就是在 UG 和 ANSYS 軟件的基礎(chǔ)上對液力變矩器的內(nèi)部流場進(jìn)行研究通過直接求解 N-S 方程來獲得液力變矩器的內(nèi)部流場，但是由于計算機(jī)軟件和計算流體力學(xué)本身存在的一些不太完善的假設(shè)的存在，使得計算過程還有許多需要解決的問題。

圖 4-2 流道示意圖算分析中的假定液在液力變矩器中的流動十分復(fù)雜，本文在對液力變矩器內(nèi)如下假設(shè)：作介質(zhì)在任何工況下密度不變，ρ=899.1kg/m3；粘度為常as 。根據(jù) GB、ISO 及 SAE 各標(biāo)準(zhǔn)對液力傳動油的要求，工在工作過程中的變化很小，這意味著液力變矩器中的工作壓縮粘性流體。工作介質(zhì)的動力狀況，不探討工作介質(zhì)的溫度變化。工作將一部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，油液的溫度升高，工作油液循環(huán)的油路中。但是，不可壓縮流體的能量方程獨立于連之外。本文的最終目的在于流場對液力變矩器性能參數(shù)的知道流場的速度場和壓力場就已經(jīng)足夠。因此，本文只求
【引證文獻(xiàn)】

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7 毛圣建;越野車液力變矩器性能研究及關(guān)鍵部件有限元分析[D];吉林大學(xué);2007年

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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

本文編號：2865543