液力变矩器流场数值计算与特性预测

基于三维多相流动理论和计算流体动力学(CFD),对液力变矩器内流场进行数值计算。建立变矩器三维模型,采用有限体积法与SIMPLE算法,对其内部流场进行模拟,得到泵轮、涡轮与导轮的速度与压力分布。针对计算结果,对各工作流道的流场特性及生成原因进行分析,根据流场数值解对其进行性能预测。     

基于CFD的液力变矩器内部流场分布特征研究

为提升液力变矩器性能,需要进一步研究液力变矩器内部流动,获取流动特征规律。针对某型液力变矩器进行不同速比下内部流场的CFD数值模拟,并分析其流动现象,得出该变矩器内流场中流动状态的速度、漩涡的分布规律。结果表明,流体的相对速度随速比升高有下降趋势,漩涡结构随速比增大而增大。相同速比下,不同叶轮中、不同弦面的流体出现不同类型二次流。通过CFD研究发现二次流主要出现在泵轮和导轮中,其中叶轮进出口处漩涡湍动能较高,能量损失较大。流场分布规律研究可以指导液力变矩器设计,使流场分布合理并且减少二次流等现象,对提高液力变矩器的效率有重要意义。     

基于浸入实体法的双涡轮液力变矩器流场仿真

以双涡轮液力变矩器为研究对象,建立变矩器内流道流体域及叶片浸入实体域三维计算模型,采用浸入实体法模拟液力变矩器叶轮内流道油液运动状态,分析了液力变矩器油液压力及速度分布情况。基于变矩器三维流场分析结果计算其外特性,并与试验结果进行比较。结果表明:双涡轮液力变矩器泵轮及涡轮流道内均存在涡流和脱流,一级涡轮出口处出现射流现象;仿真结果与试验所得双涡轮液力变矩器外特性曲线吻合良好,为液力变矩器流场仿真分析提供计算思路。     

装载机液力变矩器的维修

工程机械上使用液力变矩器,具有起步平稳、操作方便、可在较大范围内实现无级变速等优点。因此,液力变矩器在工程机械中得到了广泛的应用。国内轮式装载机上应用的双导轮综合式液力变矩器,具有高效区宽广、变矩过渡至偶合工况平稳的特点。但这种变矩器在使用时间较长以后,易出现过热、工作无力、内部元件损坏等故障。由于变矩器的拆装与维修比较困难,在维修液力变矩器时,必须在弄懂其工作原理和正确地分析故障原因的基础上才能保证维修质量。本文以双导轮综合式液力变矩器为例,介绍液力变矩器的工作原理,分析变矩器工作过程中的常见故障现象、原因和诊断维修方法。 1双导轮综合式变矩器的工作原理 该变矩器主要由泵轮、涡轮、第一导轮、第二导轮及导轮座等组成。 工作过程中,液压油自变速器壳底部通过滤网被油泵吸入,从油泵输出的具有一定压力的液压油通过液压油滤清器、主调压阀后进入导轮座的进油孔,然后流向泵轮。柴油机的动力通过相啮合的齿轮传给泵轮,泵轮的旋转将进入其内部的液压油压入涡轮,冲击涡轮叶片,使涡轮旋转,动力由涡轮轴输出。从涡轮出来的液压油,一部分通过变矩器出口经液压油冷却器后进入离合器壳体,再润滑轴承、齿轮及冷却离合器摩擦片后流回变速器壳底;另一部...     

液力变矩器气泡破裂运动分析

基于计算流体动力学对液力变矩器内流场进行了分析,利用多流动区域耦合算法中滑动网格法实现叶轮间流动参数的传递,建立液力变矩器涡轮、泵轮、流道模型实现了液力变矩器湍流流动的瞬态计算。对流场数据分析,核定出了气化高发部位,通过采用多相流模型植入流场一个气泡,数值研究了液力变矩器内气泡破碎机理和破裂高发区域。根据数值模拟和理论推定的气泡核化区、破碎区的气泡动力学行为特征可为液力变矩器的设计和改进工作提供参考意义。     

工程机械液力变矩器的故障诊断与检修

液力变矩器在装载机、叉车和推土机等工程机械上有着广泛的应用。按变矩器主要组成元件总数不同有三元件变矩器和四元件变矩器之分。ZL10、ZL30装载机使用的是三元件变矩器，即变矩器主要由泵轮、涡轮和导轮组成。工作时变矩器腔内充满油液，泵轮由发动机带转，使腔内油液以巨大的速度和压力冲击涡轮，形成驱动力，带动变速器输入轴旋转；导轮装在涡轮与泵轮之间，从涡轮排出的液流冲击导轮，力图使异轮逆泵轮方向旋转，若将导轮固定，它便给液流一定的反作用力矩，此反作用力矩与泵轮给工作液的力矩合在一起传给涡轮，就起着增加扭矩的作…     

工程机械液力变矩器的传动损失

1前言 流体在变矩器中沿泵轮、涡轮、导轮组成的循环圆流道流动1周,从泵轮获得能量并将能量传给涡轮.当导轮不动的时候,流体经过导轮时没有能量交换.但流体在循环圆中流动具有黏性,必然有摩擦损失,且损失大小与其速度有直接关系.工作轮流道为非圆形断面且有弯曲、扩散等,因此,其摩擦损失比圆管流道大得多.另外,在涡轮及导轮进口处产生冲击损失.因此,一般液力变矩器的效率最大为85%～92%.由于一般的工程机械负载大、作业条件恶劣、零件磨损严重,其效率普遍比较低.因此,对液力变矩器能量损失的研究具有重要的现实意义.     

YJSW315型液力变矩器制造时常见问题和改进方法

<正>YJSW315型双涡轮液力变矩器是轮胎式装载机的核心部件,由泵轮、一级和二级涡轮、导轮等组成,以液力传动油为工作介质,其功能主要是自动无级变矩和变速、自动离合,并具有减缓冲击和过载保护作用,以使装载机及其发动机运转平稳。近几年随着液力变矩器四元件(导轮、一级和二级涡轮、泵轮)冲压焊接技术、叶轮精密铸造技术,以及精密加工机床、信息化性能试验台的应用,液力变矩器的质量得到很大提高,但是也发现YJSW315型双涡轮液力变矩器存在5     

SD7型液力变矩器内漏的试验

推土机油温过高往往与内漏过大有一定关系。而影响内漏的因素很多,诸如密封环的表面粗糙度和安装,导轮座密封环槽的表面粗糙度和垂直度等。此外,变矩器泵轮、涡轮、导轮之间的间隙对内漏影响也特别大。通过比较小松推土机液力变矩器和卡特推土机液力变矩器     

一种新型液力变矩器变矩性能的研究

研究新型液力变矩器变矩性能问题。液力变矩器可以实现自动变速,但是传统液力变矩器变矩范围小,必须与机械变速箱配合使用才能满足汽车变速的需求。针对上述问题,提出一种泵轮、涡轮、导轮沿径向分布的新型液力变矩器,并分析其工作原理和变矩性能。针对性地建立新型液力变矩器的计算流体力学(CFD)模型,并对不同速比工况进行计算。分析了优化后变矩器流道中间面流线分布情况、叶片表面压力分布情况,着重分析了不同工况时的变矩比,并进行试验研究。结果表明新型液力变矩器内部可以形成完整的椭圆形循环圆,工作液流可沿设计路径作用于叶片工作面,变矩范围增加明显,起动性能良好。研究结果可为液力变矩器变矩结构性能优化设计提供一定的参考依据。     

Average Velocity Measurements in Six Automotive Torque Converters Part II: Turbine Measurements

The internal flow fields of two automotive Plexiglas torque converter turbines with three different pumps were examined. A laser velocimeter was utilized to measure the velocity flow field at the turbine inlet and mid-planes in the six different geometry combinations; the stator was the same for all combinations. The turbine geometries differed only by the inlet blade angle, while the pump geometries differed only by the exit blade angle. The torque converter was operated at three different turbine/pump rotational speed ratios: 0.065 (near stall), 0.600, and 0.800 (near coupling point). For all geometries at the inlet plane the flow is fairly uniform in the blade-to-blade direction at all speed ratios. Velocities are most uniform in the core-to-shell direction at high speed ratios, but high velocities move near the shell at lower speed ratios. At the mid-plane, at low speed ratios the velocities are significantly higher near the pressure surface but as the speed ratio increases, the gradient decreases. At low speed ratios velocities are higher near the shell but this distribution becomes uniform at higher speed ratios. In general the flow became more uniform as the speed ratio increased. Variations in the pump exit blade angle had effects on both inlet and mid-plane velocity distributions and are documented. Variations in turbine inlet blade angle altered the inlet and mid-plane flow fields, but less so than the pump variations. A clockwise circulatory secondary flow pattern at the turbine inlet plane was observed for all geometries and, conversely, counter-clockwise circulatory secondary flow patterns at the mid-plane were recorded. Resulting vorticities were found to depend on geometries and speed ratios. The turbine leading edge incidence angles were found to strongly depend on the speed ratio, ranging from positive to negative, as well as pump and turbine blade angles.     

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。     

调速型液力偶合器制动工况流场分析

基于三维多相流动理论和计算流体动力学(CFD),对调速型液力偶合器制动工况下的非稳态两相流动进行数值模拟。结果表明:泵轮流道的压力分布较规律,沿径向成比例逐渐增大,而涡轮流道的内部流动则较复杂;涡轮吸力面出现了小范围的不规则流动现象;中间轴面的速度分布较复杂,涡轮速度小于泵轮速度;Interface中部的低速区出现降低偶合器效率的二次流。对调速型液力偶合器制动工况进行流场分析,揭示其泵轮和涡轮的流场流动规律和特性,有助于指导液力偶合器的设计,提高偶合器的性能。     

拉延筋对冲焊型液力变矩器内流特性影响规律研究

为抑制钣金冲压起皱和破裂现象,通常在冲焊型液力变矩器泵轮和涡轮叶片中部开设拉延筋。针对具有多种布筋形式的拉延筋叶片的不同流道结构分别进行流场数值模拟,获取流动参数在不同叶栅流道内的分布趋势,分析拉延筋布筋形式对液力变矩器原始特性和叶片结构表面压力载荷的影响规律。由分析比较计算结果可知,叶片开设拉延筋的凸模方向的变化对冲焊型液力变矩器的工作变矩比和效率影响较小,且在泵轮与涡轮叶片均开设拉延筋的情况下,当拉延筋凸模方向与对应叶轮叶片凸面法向一致时会导致泵轮转矩系数上升。当拉延筋凸模方向与泵轮叶片凸面法向一致时会导致泵轮叶片载荷上升,涡轮叶片载荷高幅值区域向叶片入口处移动,影响叶片表面油液载荷分布。     

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。     

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.     

液力变矩器叶栅系统三维优化设计方法研究

为实现液力变矩器叶栅系统的完全三维设计及其优化,开发了一套包含束流初值搜索、循环圆与叶形的参数化设计、网格划分、流场分析、试验设计和优化算法在内的三维优化设计系统,并且为各环节开发了相应设计工具。快速的束流初值遗传算法搜索为三维多目标优化提供合理初值;循环圆设计工具可以快速灵活地给出平面分布和几何约束,而后叶形设计分别为泵轮、涡轮和导轮叶片指定叶片角度和加厚形式,空间三维叶片设计整合前面设计结果生成叶片空间姿态,同时在整个叶片成型过程中完全采用参数驱动的形式;为对各个参数对传动性能的影响有准确反映,对设计结果进行了自动的网格划分和数值分析,并将分析结果反馈给优化设计环节以及后续相关部件的有限元分析环节;优化设计采用试验设计与全局优化算法相结合以提高设计的稳健性,加速收敛。通过对D400型液力变矩器的三维优化,得到了一组新的优化叶片,传动特性得到提高、同时减少了设计用时和优化迭代次数,表明叶栅的三维优化设计系统是开发新型性能优良液力变矩器的更为有效和准确的工具。     

液力变矩器非线性特性的研究

在建立液力变矩器的模型基础上,根据能量守恒进行分析、并推导出液力变矩器的等效粘性阻尼系数公式。再通过液力变矩器原始特性对其等效阻尼系数进行拟合计算．得出了液力变矩器非线性等效阻尼系数与涡轮、泵轮速比及泵轮转速的定量关系。同时通过变矩器的力学分析,推导出液力变矩器的假设的等效刚度与速比和泵轮转速的定量非线性关系。     

高功率密度液力变矩器空化特性研究

高功率密度液力变矩器由于其内部流速高、局部压力低而易出现空化现象,导致其液力性能恶化。针对液力变矩器内空化现象进行试验及数值研究,通过对不同转速、不同速比及不同补偿油压力下液力变矩器性能测试,获得空化随工况及供油条件变化规律。构建基于Rayleigh-Plesset的全流道瞬态空化仿真模型对不同工况下液力变矩器内部两相空化流动进行预测,利用应力混合涡模拟湍流模型精确捕捉涡流状态,实现对有/无空化下液力变矩器内部流场及液力特性的计算。结果表明,液力变矩器在高泵轮转速、低速比及低补偿压力下容易发生空化,空化程度随着速比的下降而升高,在起动工况时达到最大。在空化工况下,液力变矩器导轮流道内产生大量空泡,空泡阻碍油液流动,导致循环流量降低,进而使液力变矩器传递功率的能力下降,起动工况下能容系数降低高达31%。全流道瞬态空化模型能够实现液力变矩器空化特性的精确预测,对变矩比、能容系数及效率的最大预测误差由无空化的30%降低至5%。     

动静干涉下低压涡轮非定常气动载荷研究

为研究动静干涉下轴向间距和尾缘锯齿结构对低压涡轮叶片非定常气动载荷的控制作用,对高效节能发动机(energy efficient engine,简称E3)低压涡轮最后一级的内部流场进行了数值仿真,研究了不同轴向间距和静叶尾缘锯齿结构两种情况下,下游动叶表面非定常气动载荷的变化规律。研究发现：增大轴向间距可以加强尾迹与主流的掺混,消除气流不均匀性,削弱下游动叶表面的非定常气动载荷;静叶采用尾缘锯齿结构不仅可以加强尾迹与主流的掺混,同时还会改变尾缘处的涡结构,对下游动叶前缘产生破坏性干涉效应,使其最大载荷波动降低约30%,减少静叶尾迹速度亏损75.7 m/s,还能适当提升涡轮的流通能力和时均效率。与采用直尾缘静叶的模型相比,采用锯齿尾缘静叶不仅能大幅度地改善涡轮的转静干涉效应和气动性能,还能在不影响涡轮效率的前提下,将涡轮轴向间距缩短10%。