本文關鍵詞：液力緩速器熱流場SBES模擬與其板翅換熱器多目標優(yōu)化研究　出處：《吉林大學》2016年碩士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：隨著我國經(jīng)濟的迅猛發(fā)展,公路貨物和旅客運輸?shù)男枨罅恳苍谌找嬖黾?商用車在不斷向高功率、高負載的方向發(fā)展。液力緩速器作為輔助制動器的一種,以其獨特的優(yōu)勢在車輛輔助制動領域已獲得了廣泛的應用與好評。然而,液力緩速器在制動過程中,油溫也會不斷上升,如果冷卻系統(tǒng)不能提供充分的換熱效果,制動所產(chǎn)生的熱量不被及時地釋放,將會引發(fā)一系列熱問題。本文針對液力緩速器工作過程中因制動產(chǎn)熱而引起的一些問題,選取YH293液力緩速器為研究基型,從熱引起的工作油粘度屬性變化及其換熱方面入手,通過液力緩速器變粘度數(shù)值計算方法更為精確的計算出了液力緩速器制動所需換熱量,并以此為指標,引入多目標優(yōu)化方法,為液力緩速器優(yōu)化設計了滿足換熱要求的鋸齒型板翅換熱器。通過文中工作不僅可以設計出滿足一定精度的板翅換熱器,還可以充分利用CFD優(yōu)勢,深入了解換熱器內(nèi)部熱流場結構分布,以及利用基本原理從本質(zhì)上改進換熱流動特性,為液力緩速器的換熱設計提供了一種新思路。所做主要研究工作和相關結論如下。1.液力緩速器SBES數(shù)值計算方法針對液力緩速器流道內(nèi)瞬態(tài)氣液兩相熱流耦合流動,引入目前先進的混合RANS/LES模型中的SBES湍流模型,并依據(jù)液力緩速器工作原理及特點,搭建了屬于液力緩速器自身的氣液兩相熱流耦合SBES數(shù)學模型。此外,選用典型的圓柱繞流運動,分別從數(shù)值計算時間及流場結構捕捉的能力上,將典型的DLES及DDES模型與SBES做了對比,發(fā)現(xiàn)SBES可以在更少的計算時間內(nèi),捕捉到流場內(nèi)更為精確的物理量值及豐富的流動結構,驗證了SBES湍流模型的先進性及有效性,這為液力緩速器制動轉(zhuǎn)矩預測及內(nèi)部熱流場分析提供了可靠保障。2.基于變粘度的液力緩速器熱流場數(shù)值計算與分析以YH293液力緩速器為研究對象,提出了一種液力緩速器變粘度數(shù)值計算方法。研究發(fā)現(xiàn),考慮工作介質(zhì)粘度隨溫度變化后,與以往恒定粘度計算方法相比,制動轉(zhuǎn)矩值的預測精度由原來的6%~10%提高到了4%~7%,與此同時,通過對比恒變粘度條件下的熱流場結構,分析了變粘度計算能提高制動轉(zhuǎn)矩值預測精度的原因。此外,還對轉(zhuǎn)速為2000 rpm下的液力緩速器所需換熱量進行了定量計算,以進行換熱器的設計與優(yōu)化。3.鋸齒型板翅換熱器設計及多目標優(yōu)化選擇以水蒸汽-空氣為熱交換方式的95JC1803鋸齒型板翅換熱器為基型,進行優(yōu)化以滿足液力緩速器的散熱需要。研究中,首先利用公開的實驗數(shù)據(jù)驗證了本文采用CFD數(shù)值計算方法對鋸齒型板翅換熱器性能預測的可靠性,然后,將熱交換介質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)橛?水,以翅片高度、節(jié)距、間距及厚度作為優(yōu)化變量,結合鋸齒型板翅換熱器研究經(jīng)驗給出變量約束條件,以最大換熱因子j及最小摩擦因子f作為多目標優(yōu)化函數(shù),選取最優(yōu)拉丁超立方方法確定樣本點,應用Kriging方法構建代理模型,選擇NSGA-II多目標優(yōu)化方法對鋸齒型板翅換熱器進行優(yōu)化。將最優(yōu)Pareto解的響應值與相應的CFD計算值進行了對比,發(fā)現(xiàn)響應值與數(shù)值計算值僅有較小偏差,從而認定了最優(yōu)解的可靠信。對優(yōu)化前后,不同雷諾數(shù)下的鋸齒型板翅換熱器的換熱性能進行了對比,結果表明優(yōu)化后的鋸齒型板翅換熱器換熱因子提高12%,摩擦因子降低25%。對優(yōu)化前后換熱器所能提供的換熱量進行了對比計算,可知優(yōu)化模型可以滿足液力緩速器的換熱要求。4.鋸齒型板翅換熱器優(yōu)化分析及場間協(xié)同數(shù)對比對換熱器設計參數(shù)對換熱性能的影響規(guī)律進行研究。為了達到較好的換熱效果,翅片高度h需要小一些,使翅片熱阻減小,翅片節(jié)距l(xiāng)也需要小一些,以增加翅片對換熱介質(zhì)的擾動。為強化換熱效果,翅片間距s需要大一些,以增加一次換熱面積。為減小換熱介質(zhì)流速,翅片厚度t也是需要小一些,以降低流道內(nèi)阻力。使換熱因子j增大,摩擦因子f減小,利于換熱器性能的提升。此外,對各設計變量的優(yōu)化搜索過程進行了分析,并利用流道內(nèi)各物理場結構及場間協(xié)同數(shù)對換熱器換熱性能優(yōu)化原理進行了分析。
[Abstract]:With the rapid development of the economy , the demand for the transportation of highway goods and passengers has been increasing day by day , and commercial vehicles have developed in the direction of high power and high load . In order to improve the heat transfer efficiency , the fin height h needs to be small , so as to increase the flow rate of the heat exchanger , the fin thickness t needs to be small , so as to increase the heat transfer area . In addition , the optimization search process of the fin heat exchanger is analyzed , and the optimization principle of heat exchange performance of the heat exchanger is analyzed by using the physical field structure and the field coordination number in the flow channel .

【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：U463.5

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本文編號：1363478