调速型液力偶合器两相环流特性预测

随着机械设备不断向重载、大功率方向发展,对于传动装置的性能也有了更高的要求,调速型液力偶合器作为一种重要的传动设备广泛应用于刮板输送机及其他重型机械的软启动中。为了准确预测矿用调速型液力偶合器的流场分布特性及转矩传递特性,应用计算流体动力学软件CFX,利用混合出入口及边界循环条件,在部分充液工况下利用了非均一化两相流动模型,针对某型矿用调速型液力偶合器进行了单流道流场数值模拟。对10%至100%流道充液率及对应不同充液率下0至0.99速比时的内流场进行了CFD数值模拟分析,获取了不同工况下气-液两相环流特性及转矩传递特性曲线,结合流场分布特性分析了输出转矩的趋势变化特点。分析结果合理的预测了调速型液力偶合器的转矩传递特性,流场环流特性的预测解释了流场转矩变化的原因,为调速型液力偶合器的选型与设计提供了可靠的理论依据。     

基于CFD技术的调速型液力偶合器两相流分析方法研究

调速型液力偶合器广泛应用于重型刮板输送机的软启动,当处于部分充液状态时,工作腔内流体为复杂的气-液两相环流运动。为了对调速型液力偶合器内流场两相流分布特性进行分析,应用计算流体动力学软件CFX,对单流道流场采用混合出、入口及边界循环条件,分别基于CFX软件中的均一化和非均一化两相流动假设对20%,50%,80%充液率时的工况进行了内流场数值模拟,获得了2种两相流动假设下不同充液率及不同速比下的转矩传递特性曲线,并重点分析了采用非均一化两相流模型时的体积率的分布特性。CFD分析结果很好地实现了对工作腔内气-液两相环流在不同工况下的分布特性与转矩传递特性的预测,为调速型液力偶合器的选型与设计提供了可靠的数值计算方法与理论依据。     

阀控充液式液力偶合器瞬态充液流场及转矩特性预测

阀控充液式液力偶合器常被安装布置于刮板输送机的电机与减速器之间,利用其充液调速特性,实现刮板输送机的软启动。为了预测阀控充液式液力偶合器瞬态充液过程的流场及转矩特性,以循环圆直径为500 mm的偶合器为分析模型,应用仿真软件CFX(Computational Fluid Dynamics X),采用非均一化两相流模型与SST(Shear Stress Transport)湍流模型,对充液过程的瞬态特性进行了数值模拟研究,获取了不同工况下的压力场、速度场及转矩值,根据压力、速度分布及变化规律分析了不同工况下泵轮转矩变化趋势,并得到了不同充液率下泵轮转矩系数的拟合公式。结果表明,整体上转矩随着充液率的增大而呈抛物线形式递增,随着速比的增大而减小,并由于环流状态的改变,出现转矩下降速率跌落现象。分析结果预测了阀控充液式液力偶合器的流场及转矩特性,为液力偶合器的使用与设计提供了合理的参考。     

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。     

矿用液力偶合器流场特性数值模拟及叶片数目优化

依靠传统一维束流理论难以有效对大功率矿用液力偶合器叶片数进行优化设计,针对这一问题,提出了一种基于计算流体动力学（CFD）的响应面模型叶片数优化设计方法。首先,对偶合器进行了三维数值模拟研究,并运用最优拉丁超立方方法设计了叶轮的叶片数;然后,完成了不同叶轮叶片数下单流道流场计算模型的数值模拟计算,进行了涡轮和泵轮叶片数的敏感性分析,建立了其响应面近似模型,确定了叶轮叶片数与额定转矩之间的关系,完成了其叶片数的优化设计;最后,探究了不同叶轮叶片数下的偶合器叶轮流场及转矩特性分布规律。研究结果表明：涡轮叶片数z_T=37、泵轮叶片数z_P=34时,额定转矩值最大,响应面模型误差仅为0.93%,偶合器内流场分布特性合理地解释了叶轮叶片数对转矩特性的影响规律;优化后的叶轮叶片数有效地提高了偶合器额定工况时的工作性能,为偶合器优化设计与改进提供了可靠的方法。     

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。     

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。     

限矩型液力偶合器多流动域耦合流场特性模拟

限矩型液力偶合器内部两相介质在多流动域内做着复杂的耦合流动。为掌握限矩型液力偶合器内部流动规律,更好地指导限矩型液力偶合器的设计与优化,以YOX500型限矩型液力偶合器为研究对象,采用Mixture两相流模型及RNG k-ε湍流模型对其在3种典型充液率不同工况下的流场进行瞬态模拟。结果表明:随着转速比的升高,偶合器内部流动逐渐由大环流转变为小环流,压力趋于均匀带状分布;同时对其外特性进行计算,模拟所得结果与试验结果吻合较好,证明了该方法的有效性;但该方法不能直观地体现偶合器转矩的跌落情况,因此具有一定的局限性。     

液力偶合器流场的技术仿真

由于受客观条件限制,液力偶合器流场仿真分析过去一直基于一维束流理论,但与实际情况差距较大,采用k-ε紊流模型建立了液力偶合器内部紊流流动的数学方程组,并对J0127X型液力偶合器在1.7%滑差的工况进行了整体的三维流场仿真,仿真计算所得转矩与试验符合较好。     

限矩型液力偶合器全充液工况的流固耦合研究

针对限矩型液力偶合器在正常工况下出现破损的问题,对偶合器的速度、压力以及矢量进行了分析,对偶合器叶轮的受力特性进行了研究。以D483限矩型液力偶合器为基础,分别建立了偶合器的周期性几何模型和流道模型;利用ANSYS Fluent对偶合器的制动工况、牵引工况及额定工况这3种典型工况下流体区域的速度和压力进行了仿真分析,并得到了不同转速比的涡轮转矩;利用ANSYS Workbench静力学分析软件,采用单向耦合的流固耦合方法将流体区域的计算数据传递给了叶片结构,并对泵轮和涡轮施加离心载荷,最后得到了3种工况下偶合器叶片的总体变形量和等效应力。研究结果表明:偶合器工作时工作腔内的旋涡、二次流以及回流等会消耗偶合器的能量,可为偶合器的结构优化以及提高其工作效率提供一种有效途径;通过流固耦合的方法得到了叶片的受力特性和变形情况,排除了偶合器因为工作液的正应力而破损的可能。     

液力偶合器制动工况流场仿真与特性分析

采用Mixture多相流模型、Realizable湍流模型与PISO算法,应用CFD软件对液力偶合器制动工况时流道内的气液两相流动进行数值模拟。通过分析不同气相体积百分比条件下流场的压力分布和速度分布,直观地揭示了气液两相介质在液力偶合器内的运动情况,探讨了制动工况泵轮转矩的变化规律,为液力偶合器结构的设计和改进提供一定的参考依据。     

液力偶合器力矩系数λ_B的修正

首先对液力偶合器力矩系数进行理论研究,获得液力偶合器λ_B=h(i,R_e)或λ_B=h(i,n_B)的函数关系,并进一步说明液力偶合器的力矩系数并非仅和滑差有关,而是受到滑差I_i和雷诺数Re(或者转速n_B)的共同影响。然后以J065XR型液力偶合器为例,对流场进行仿真,结合流场仿真结果,归纳总结力矩系数λ_B与转速n_B的规律,对λ_B提出一套与n_B相关的修正系数,并进行了试验验证。进一步提高了对液力偶合器特性的认识,这对提高液力偶合器的设计和控制精度具有指导作用和实用价值。     

液力变矩器导轮流场的数值分析

液力变矩器的流场分析是设计先进液力变矩变矩器的流场计算模型,利用计算流体动力学方法,模拟了液力变矩器导轮内流场,分析了导轮流场的特性,对导轮流场的速度和压力分布进行了研究,同时还对外特性进行了计算,并与实验结果相对照,验证了数值模拟的正确性.     

液力缓速器虹膜空损抑制方法研究

为有效抑制液力缓速器空转功率损失,参考虹膜光圈机构的特点,提出一种新型的虹膜式空损抑制方法,通过虹膜机构阻隔循环圆气流过流通径来抑制空损功率。建立虹膜式空损抑制机构完全起效及未起效两种工况下的液力缓速器全流道计算模型,通过不同转速全气相流动的数值模拟对比研究,获取液力缓速器空损转矩、空损功率特性与内流场速度场、压力场分布。仿真结果表明,虹膜机构完全起效时能够有效隔断动轮和定轮间的气体循环流动以降低功率损失,当动轮转速为4 000 r/min时,虹膜机构完全起效空损功率为0.8 kW,与无空损抑制机构时的空损功率61.6 kW相比,降低至1.3%;与现有的扰流柱空损抑制机构完全起效时的空损功率15.8 kW相比,降低至5.1%。设计缓速器台架试验,验证虹膜机构完全起效时能够显著抑制空转损失,从而大幅提升车辆行驶的功率利用率。     

液力偶合器额定工况流场数值计算

基于三维多相流动理论和计算流体动力学（CFD）,采用滑动网格理论对调速型液力偶合器在额定工况气液两相瞬态流动进行数值计算,得到不同充液率下流场的速度与压力分布,并对其进行详细分析,数值计算的结果基本反映了流道内部流动的基本规律与特征,有助于指导液力偶合器的设计,提高偶合器的性能。     

液力变矩器三维瞬态流场分析

为实现液力变矩器在大型机械中的高效传动,需对变矩器瞬态流场特性进行分析研究。建立了液力变矩器各叶轮全流道模型,计算中压力速度耦合算法采用Coupled算法、空间离散格式为二阶上游迎风格式,湍流模型选为Realizable k-ε模型,利用多流动区域耦合算法中滑移网格法实现叶轮间流动参数的实时传递。整理计算结果,得到液力变矩器全流道瞬态特性曲线,分析变矩器的内流场可获得流场分布特性,为今后液力变矩器性能的改善和优化设计提供比较科学的依据。     

液力变矩器内流场分析的CFD模型研究

以液力变矩器为研究对象,针对液力变矩器内流场分析中的两种仿真计算模型进行对比分析,研究得知:两种模型计算得到的液力变矩器整体性能与试验均吻合较好,而采用模型A计算得到的变矩比和效率略高于采用模型B。此外,通过对内流场速度、压力场的分析研究造成不同模型仿真差异的原因,并研究流场细节对总体性能和流场损失的影响。     

液力缓速器内部全流道流场三维建模分析

液力缓速器作为液力机械自动变速箱的重要组成单元,共用一套液压系统,其内部流场的压力直接影响到装置的性能。以液力缓速器三维内流场全流场气液二相流分析为研究对象,根据其工作原理和结构特点,利用Solidworks进行缓速器内流场建模,采用Fluent完成液力缓速器三维内流场分析,对全流道的压力场、气液接合面的两相流相场等进行分析;利用模型对不同的旋转速度、不同的充液率下液力缓速器的制动力矩进行求解,获得全面的力矩数据,并与试验数据进行了对比分析。分析结果表明仿真分析及所获数据具有较高的可靠性,为此类设备内部流场分析及装置改进设计提供参考依据。     

叶片数对泵作液力透平的性能影响

叶片数是泵作液力透平时的主要几何参数之一,为了明确叶片数对泵作液力透平时的性能影响,基于N-S方程和标准k-ε湍流模型,采用SIMPLE算法,应用FLUENT流场模拟软件对不同叶片数下的泵用作液力透平时进行了数值计算,得到了不同叶片数下液力透平的外特性曲线并分析内部流动规律。结果表明:对于低比转速离心泵作液力透平,随着叶片数的增加,流量从最高效率点向小流量偏移时效率下降的梯度增大,而从最高效率点向大流量偏移时效率呈现先增大后减小的变化趋势,另外液力透平的最高效率点随叶片数增加向小流量偏移;压头随叶片数的变化在小流量变化相对较小,而在大流量工况时,随着叶片数的增加呈现逐渐增大的趋势。内流场分析表明,随着叶片数的逐渐增加,透平叶轮中漩涡区域逐渐减小,叶轮内部的流动有很大的改善。但结合外特性分析发现,叶片数过多的增加反而不利于透平性能的提升,因此,对于具体参数组合的液力透平,存在着最佳叶片数使得泵作液力透平的性能达到最优。     

调速型液力偶合器叶片流固耦合分析

液力偶合器叶片流固耦合分析的目的在于研究液力偶合器叶片变形与流场间相互作用的规律,为液力偶合器叶片设计提供依据。以CFD技术模拟调速型液力偶合器内部流体的流动,分析液力偶合器叶片表面的压力分布;应用有限元方法,计算出液力偶合器叶片的应力分布与位移,对叶片与流体的耦合过程进行数值模拟。分析结果表明,叶片变形导致的压力增大是叶片断裂的主要原因,最大限度地减小叶片变形是提高液力偶合器使用寿命的有效途径。