Method of internal 3D flow field numerical simulation for hydrodynamic torque converter

To enhance the performance of a hydrodynamic torque converter and thoroughly understand the trait of inside flow, a numerical simulation method of internal 3D flow for the three-element centrifugal hydrodynamic torque converter was systematically researched and expatiated in this paper. First, the internal flow field of each impeller was calculated. The curves that illustrate the relationships between the pressure differences of the inlet and outlet versus flux were drawn. Second, the concurrent working point of each impeller was approximately estimated. Finally, a calculation was performed considering the influence on each impeller. The flow field of a working point was solved by multiple calculations and the actual working condition was gradually determined. The pressure and velocity distributions of the flow field were proposed. The performance parameters of the hydrodynamic torque converter were predicted. The calculation method, and the proposed pressure and velocity distribution of the flow field, have practical significance for the design and improvement of a hydrodynamic torque converter. __________ Translated from Journal of Jilin University (Engineering and Technology Edition), 2006, 36(2): 199–203[译自: 吉林大学学报(工学版)]     

NUMERICAL ANALYSIS ON THREE-DIMENSIONAL FLOW FIELD OF TURBINE IN TORQUE CONVERTER

Three-dimensional flow field of turbine in torque converter is simulated by numerical calculation in order to improve the performance of torque converter. Calculation model of a torque converter is presented based on the mixing-plane technology. In the calculation of flow field,the 3D N-S equations are separated by finite-volume method and solved by semi-implicit method for pressure-linked equations(SIMPLE). Based on flow field calculation,the flow field of turbine is simulated. The velocity and pressure in the flow field of turbine are analyzed. The external performance of the torque converter is also calculated. Results of flow simulation show that there are secondary flow,off flow and velocity gradient in turbine passage. The validity of numerical simulation is verified by comparing the results of numerical simulation with experiment data.     

基于CFD的双涡轮液力变矩器的改进研究

针对YJSW315双涡轮液力变矩器一级、二级涡轮进口流态较差等问题,利用CFD技术对其内部流场及其性能进行了数值计算分析,通过对泵轮叶片出口和一级涡轮数量和厚度的调整,得到了一种优化方案,提高了变矩器性能。改型后的变矩器的起动工况转矩比提高了0.357,两个涡轮都工作时的效率提高2%~4%。提出的研究方法和结论对液力变矩器的改进或研发具有一定的指导意义。     

基于三维瞬态流场分析的液力变矩器改型设计

为了提高液力变矩器的外特性,利用UG建立某型液力变矩器叶栅系统全流道模型。借助滑动网格技术,采用Fluent软件对液力变矩器内流场进行三维瞬态数值模拟,并与原结构的试验结果对比,验证了该方法的合理性。在此基础上,根据性能要求对原有变矩器作改型设计,改进了涡轮进口角和出口角等关键参数。结果表明,改型后的液力变矩器具有更加合理的内流场分布和更高的效率,改型设计效果良好。     

压力边界条件对方形腔液力变矩器CFD计算的影响分析

以L820运转液力变矩器为研究对象,运用CFD方法对其进行数值模拟,分别对设置与忽略进出口压力边界条件时方形腔液力变矩器的变矩比、效率和泵轮转矩系数等原始特性参数进行计算。将仿真计算结果与试验数据进行对比、分析,得出当忽略进出口压力边界条件时,方形腔液力变矩器特性参数的计算结果误差较大,而在设置进出口压力边界条件后,其计算结果的准确度得到了大大地提高。针对压力边界条件对方形腔液力变矩器CFD计算的影响进行研究,有效地提高了方形腔液力变矩器CFD计算的准确度,对方形腔液力变矩器的开发、设计具有一定的指导意义。     

基于Fluent的某型液力变矩器泵轮流场分析

利用Fluent软件对液力变矩器内流场进行了数值模拟,分析了工作液体在泵轮流道内的流动规律,找出了导致液力变矩器传动效率降低的原因,为下一步优化变矩器结构、改善性能提供了理论基础。     

液力变矩器流动数值模拟的发展与应用

 综述了近几年国内外对于液力变矩器的数值模拟的发展与应用，包括网格划分精细化、模拟方法多样化、流场分析细致化等。重点介绍了瞬态三维尺度解析模拟方法，考虑二次流、气蚀等现象的流场分析，格子Boltzmann方法，考虑温度变化的外特性计算，以及基于Isight的变矩器集成优化等，提出了液力变矩器数值模拟的发展趋势。     

工程机械液力变矩器现代设计方法及应用

为适应液力变矩器发展需要,突破传统设计方法的局限性,提高产品研发速率、降低开发成本、提高产品综合性能。在国内率先提出基于三维流动理论的液力变矩器现代设计方法,将计算流体力学CFD技术与激光可视流场分析技术进行无缝结合,突破可视化流场分析、叶片成形及三维瞬态流场计算等关键技术,解决了变矩器内部液体流动不可视、叶形空间复杂曲面成形等难题,创建了包括预设计、叶型设计、性能分析、参数调整、内流场测试、模具设计及样机制造环节等六个环节的设计方法体系。液力变矩器现代设计方法不但保证产品性能的最优化,同时提高了设计到产品的一次成功率,有效缩短了开发时间、降低开发成本,是对传统设计方法的重大突破。     

基于Fluent液力变矩器的外特性数值分析

为了分析液力变矩器的流场特性,对YJ系列某型液力变矩器进行建模和数值模拟。模型采用单叶排单流道的几何模型和多叶排全流道的几何模型,将仿真得出的2组数据和实测力矩数据进行对比,结果表明,应用多叶排全流道的几何模型具有较高的准确性和可靠性。     

车用液力变矩器混合流道CFD仿真方法

针对车用液力变矩器复杂动态过程中工作相位随时发生转换,不能及时判断相应流场结构的改变,难以对瞬时流场特性进行准确仿真的问题,基于传统变矩器CFD流道模型和导轮空转无叶片模型,建立了液力变矩器混合流道CFD仿真模型。该仿真模型可以自动识别变矩器变矩、偶合和功率反传等工作相位及其相位转换过程,并根据导轮是否空转自动选择相应流道模型。对某变矩器进行了一系列稳态通用特性和动态特性的仿真与试验研究,对比结果表明,液力变矩器混合流道CFD仿真方法对变矩器稳态和动态特性仿真精度较高,有效解决了变矩器复杂动态过程难以快速实时仿真的问题,具有一定的工程实际意义。     

限矩型液力偶合器内部两相流动数值模拟

限矩型液力偶合器内部存在着复杂的气液两相流动,为掌握限矩型液力偶合器内部流场分布及转矩特性变化,分别采用VOF(Volume of fluid)与Mixture两相流模型对偶合器内部流场进行模拟计算,并对其转矩特性进行监测。通过VOF模型获得的偶合器内部气液两相分布情况和通过Mixture模型得到的其内部压力速度分布图能够较好地反映偶合器内部流场变化情况。仿真结果表明：VOF模型能够较好地模拟出偶合器因流态转变而造成的转矩跌落情况,Mixture模型不能模拟出该效果,但在高、低转速比工况下模拟的转矩值仍具有一定参考意义。     

液力变矩器的动态特性和动力学模型研究

以三元件向心涡轮液力变矩器为研究对象 ,根据牛顿定律 ,建立了非稳定工况下的动力学模型和数学模型。根据液力变矩器的工作特点 ,得到 2种简化的数学模型 ,据此进行仿真计算。进行了液力变矩器动态特性试验 ,得到了动态原始特性。仿真结果和试验结果对比表明 ,所建模型具有足够精度 ,通过对动态和静态原始特性对比分析 ,表明在一定的转速变化范围内 ,可用静态原始特性代替动态原始特性。     

单流道泵内部非定常流动特性

将叶片和蜗室作为一个整体,对单流道泵内部三维非定常流动特性进行研究,经分析提出了单流道泵内部三维非定常势流流动和三维非定常湍流流动的数值模拟方法,分别计算了单流道泵内部的速度场、压力场和叶片表面的压力分布,对进一步研究单流道泵内部流动具有重要意义。在此基础上计算了叶轮所受的径向力及其变化趋势,为提高单流道泵运行稳定性提供了理论依据。此外还计算了扬程、平均水功率和效率,并与试验值作对比。尽管忽略粘性使得势流计算得到的速度场在蜗壳的局部区域出现反方向流动,从而导致叶片压力面压力沿展向波动变化,但其性能曲线与试验值变化趋势一致,粘性计算结果与试验值相比,精度较高。     

多叶排定常耦合算法的液力变矩器三维流场分析

为改进液力变矩器三维流场的数值模拟计算精度,深入分析了现阶段液力变矩器的流场分析方法,剖析产生误差的原因,并在此基础上提出采用多叶排定常耦合算法进行流场计算,同时对液力变矩器流场计算的模型进行了讨论、比较和选择。将流场计算预测出的变矩器性能与试验结果相对比,最大偏差不超过5%,表明采用多叶排定常耦合算法计算精度高,计算过程收敛性好。     

基于大涡模拟法的液力缓速器内流场仿真分析

为解决目前广泛采用雷诺时均法模拟液力缓速器时容易忽略湍流涡旋、扩散等细节的问题,提出了基于大涡模拟法并同时使用SIMPLEC算法和滑移网格模型,对全充液工况液力缓速器内流场进行仿真分析的方法。确定了涡旋、回流出现的位置,得到了内流场速度和压力的分布特性,并在此基础上得到了制动力矩值。得到的制动力矩值与实验结果吻合较好,表明使用大涡模拟法对液力缓速器进行性能预测是准确有效的,其可以为液力缓速器内流场的设计研究和结构参数优化提供参考。     

大功率潜水电机冷却系统分析方法与试验研究

为了研究大功率潜水电机的温度分布规律,以580 kW潜水电机为例进行分析。依据工作条件建立温度场计算模型,实现流固耦合自动传热并可模拟内外冷却介质的流动;以定转子铁耗定值、油摩损耗和铜耗变量作为热源施加方式,基于冷却系统参数影响关系得到温度场与流场间双向耦合关系,由此提出一种冷却系统分析方法;采用该方法研究冷却系统结构参数影响规律,并对比不同叶轮工作特性下冷却系统计算结果以得到最优叶轮参数。室内空载试验和海边负载试验结果表明：铁耗和温度的试验值与仿真值间相对误差在5%以内,所设计冷却系统在不同负载下可稳定运行。     

Experimental investigation of relative velocity field based on image rotation method in pump impeller

The continuous instantaneous flow field in pump impeller is vital for studying the mechanism of some complex flow phenomenon. In this paper, a high frequency PIV system with maximum sampling frequency 10 k Hz is built and used to measure the continuous flow field in impeller. In order to reduce the minimum sampling frequency required for PIV while ensuring the accuracy of flow field measurement, an image rotation method was proposed for calculating the relative velocity flow field in impeller. This method removed the particle displacement caused by impeller rotation in circumferential direction before the FFT calculation was performed. The relative velocity value calculated by velocity triangle method and image rotation method are compared and analyzed at different sampling line positions for different experimental conditions. The results show the image rotation method can not only obtain a more accurate velocity field near the blade area, but also has a lower requirement for the sampling frequency of the PIV system. The relative velocity error between two methods shows a trend of decreasing and then increasing when the sampling frequency decreases from 10 k Hz to 1 k Hz. Meanwhile, the relationship between the impeller speed and optimal sampling frequency range is established, which provides guidance for the selection of the appropriate PIV sampling frequency used for the measurement of the flow field in impeller.     

航空燃油离心泵内流特性分析

针对航空发动机燃油离心泵内流特性研究,采用雷诺平均方法和滑移网格技术,在多工况下进行数值模拟,得到了内部流场细节和压力流量曲线。结果表明:由于流体绕过叶根时加速,可能出现局部低压区并导致气蚀;随着流量的增大,叶轮中相对速度增大,根据速度合成法可知,叶轮边缘出流速度随之减小,最终导致泵内静压降低;随着转速的提高,泵内速度和静压增大,且叶根附近出现局部高流速低压区并逐渐扩张,此区域也是局部低压区。根据压力流量曲线可知,随着流量的增大,泵输出的压力降低;随转速的提高,泵输出的压力升高;在低转速条件下,大流量运行无法实现。     

压缩机叶轮的逆向造型及流场数值模拟

介绍了叶轮的逆向造型和内部流场的数值模拟,应用逆向造型技术对整体压缩机叶轮实现快速三维建模,再对其进行内部流场数值模拟,研究分析叶轮叶片表面的流场、压力分布及湍流等重要的流动现象,以分析检验该叶轮的动力性能,为叶轮的动力性能检测提供了又一种快捷的方法,也为探索压缩机叶型优化设计和进一步改进提供了有价值的物理信息.