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液力变矩器能够连续改变转速与转矩,对外部突变负载有良好的自动适应性能。因此,液力变矩器的性能对车辆的经济性和动力性有很大影响。为了进一步提高液力变矩器的性能,有必要对其内部流场进行深入研究。近些年发展起来的三维流场理论与计算流体动力学(CFD)技术在该领域中的作用日益显著。因此,本文基于CFD技术,以某280型液力变矩器为研究对象,借助PRO/E、GAMBIT及FLUENT等软件,对液力变矩器的内部流场及性能进行仿真计算,并辅以相关的试验验证。
首先,详细介绍了国内外在液力变矩器内流场仿真计算和设计方面的研究现状和主要发展趋势,提出了主要研究内容;并且介绍了计算流体动力学的基本理论与常用湍流模型,阐述了有限体积法的基本原理和流场数值计算方法。
其次,对液力变矩器提出假设以适当简化流场,应用PRO/E软件建立叶轮流道实体模型,应用GMABIT软件划分计算网格以及设定边界条件,在FLUENT软件计算中选择标准κ~ε模型、SIMPLE算法,在叶轮之间的交互面上使用混合平面模型,最后提出各工况下初始值的计算方法,建立收敛准则作为循环计算结束的标准。
再次,利用选择好的模型和算法分别对泵轮、涡轮和导轮在I=0.00、I=0.4、I=0.8三种工况下的压力场和速度场进行了仿真并给予详细的分析,总结了液力变矩器各工作轮的压力场、速度场的分布规律,对一些流场特性的形成因为作了较全面的解释。此外还引用Rothalpy常量作为流动损失的定量评价,分别对三个叶轮内的流动损失进行分析。
最后,根据CFD仿真结果,计算得到了液力变矩器特性曲线;然后在液力传动试验台上进行了基本性能试验,得到了试验特性曲线,并将两个结果进行了对比。
通过将预测结果与试验结果对比分析,发现两者结果比较吻合,说明流场计算与特性预测方法是准确、可靠的,而且CFD计算缩短液力变矩器的研发周期,可以指导液力变矩器的设计。