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基于三维流动计算的液力减速器性能仿真研究

作　者: 陈见
导　师: 过学迅
学　校: 武汉理工大学
专　业: 车辆工程
关键词: FLUENT 液力减速器数值模拟特性计算
分类号: TH132.46
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 171次
引　用: 6次
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内容摘要

本文的研究为“车辆传动国家重点实验室基金项目”中的一部分,以D375型液力减速器为研究对象,基于三维流场理论,借助于UG、FLUENT等软件,对液力减速器的内流场进行了仿真计算,获得了特性曲线,同时将计算的结果与试验的结果进行了比较。本课题研究的目的和意义就在于,利用CFD技术研究液力减速器内部的流动及规律,有助于指导液力减速器的设计,提高液力减速器的性能,同时对拥有自主研制开发生产液力减速器有一定的帮助,对我国的经济发展也具有重大的意义。本文首先介绍了课题研究的背景,液力减速器在国内外的应用情况和流场理论的发展现状,介绍了常用的CFD软件,并选择FLUENT对本课题进行研究,然后对液力减速器的结构和工作原理进行了阐述,最后提出了主要研究的内容。分析了液力减速器内流场仿真所涉及到的计算流体力学基本理论。详细介绍了常用的离散格式和网格的生成技术,分析了常用的湍流模型,湍流流动的近壁处理方法和流场数值计算的算法。根据所做的假设,采用UG抽取液力减速器的流道模型,为了提高计算精度,采用映射法划分六面体网格,选择分离求解器隐式格式进行求解,使用绝对速度方程,湍流模型选择Realizablek-ε模型,同时使用标准壁面函数;离散格式采用一阶迎风格式,压力—速度耦合选用SIMPLE算法,在相应的位置设置壁面边界条件、滑移网格边界条件。计算收敛后,对某工况下内流场的速度、压力分布进行了详细的分析。分析了液力减速器三维流动分析中的转矩计算,并将三维计算值与一维束流理论值以及试验测量值进行了比较,证明了三维计算的准确性,对部分参数进行了优化,在此基础上探讨了基于CFD技术的液力减速器设计方法。本文的研究对液力减速器内部流动特性有了更加清楚的认识,对提高液力减速器自主研发有一定帮助,为建立基于CFD技术的新设计方法提供了思路,为下一步的研究指明了研究方向。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第1章绪论  10-18
  1.1 研究背景  10-11
  1.2 液力减速器概述  11-14
    1.2.1 液力减速器的结构和工作原理  11-12
    1.2.2 液力减速器的特点  12-14
      1.2.2.1 液力减速器的优点  12-13
      1.2.2.2 液力减速器的缺点  13-14
  1.3 液力减速器特性的计算方法  14-16
    1.3.1 相似计算法  14
    1.3.2 液力计算法  14-16
    1.3.3 三维数值计算法  16
  1.4 本文研究的目的、意义及主要内容  16-18
    1.4.1 研究的目的和意义  16-17
    1.4.2 主要研究内容  17-18
第2章流动计算基础理论  18-31
  2.1 基本控制方程  18-20
    2.1.1 质量守恒方程  18-19
    2.1.2 N-S方程  19-20
  2.2 湍流控制方程  20-24
    2.2.1 湍流数值模拟方法  21-23
    2.2.2 k-ε两方程模型  23-24
  2.3 近壁区数值模拟  24-27
    2.3.1 近壁区流动的特点  25-26
    2.3.2 近壁区流动处理方法  26-27
  2.4 控制方程的离散化  27-29
    2.4.1 有限体积法的基本原理  27-28
    2.4.2 离散格式  28-29
  2.5 流场数值计算的算法  29-30
  2.6 CFD的求解过程  30
  2.7 本章小结  30-31
第3章液力减速器内流场仿真计算  31-43
  3.1 仿真计算基本过程  31
  3.2 计算的前期处理  31-37
    3.2.1 计算中的假设  31-32
    3.2.2 几何模型的建立  32-33
    3.2.3 网格模型的生成  33-37
  3.3 计算模型中的设置  37-40
    3.3.1 求解器的选择  37-38
    3.3.2 湍流模型的选择  38-39
    3.3.3 算法和离散格式的选择  39
    3.3.4 边界条件的设置  39-40
  3.4 滑移网格理论的应用  40-42
  3.5 流场初始化和收敛准则  42
  3.6 本章小结  42-43
第4章液力减速器内流场计算结果分析  43-57
  4.1 泵轮内流道分析  43-46
    4.1.1 泵轮直叶片分析  43-45
      4.1.1.1 泵轮直叶片压力面分析  43-44
      4.1.1.2 泵轮直叶片吸力面分析  44-45
    4.1.2 泵轮曲叶片分析  45-46
      4.1.2.1 泵轮曲叶片压力面分析  45-46
      4.1.2.2 泵轮曲叶片吸力面分析  46
  4.2 涡轮内流道分析  46-48
    4.2.1 涡轮叶片冲击面分析  47-48
    4.2.2 涡轮叶片非冲击面分析  48
  4.3 液力减速器内流道整体分析  48-56
    4.3.1 分界面(Interface平面)分析  49-51
    4.3.2 泵轮轴向剖面分析  51-52
    4.3.3 涡轮轴向剖面分析  52-54
    4.3.4 流道径向剖面整体分析  54-56
  4.4 本章小结  56-57
第5章液力减速器特性计算对比及部分参数的优化  57-76
  5.1 三维数值计算法中转矩的计算  57-59
  5.2 一维束流理论计算法  59-63
    5.2.1 一维束流理论的基本思想  59-60
    5.2.2 一维束流理论转矩特性的计算  60-63
  5.3 液力减速器的性能试验  63-66
    5.3.1 试验原理和试验台布置  63-64
    5.3.2 液力减速器试验液压油路控制说明  64-65
    5.3.3 液力减速器性能试验步骤及结果  65-66
  5.4 结果分析与方法对比  66-70
    5.4.1 液力减速器特性计算结果分析  66-68
    5.4.2 两种计算方法的比较  68-70
  5.5 液力减速器特性的主要影响因素  70-72
    5.5.1 循环圆有效直径的影响  70
    5.5.2 流道宽度的影响  70
    5.5.3 工作轮间轴向间隙的影响  70-71
    5.5.4 叶片倾斜角的影响  71
    5.5.5 叶片厚度的影响  71-72
    5.5.6 工作液性质的影响  72
  5.6 单一参数优化实例  72-74
  5.7 对基于CFD技术的液力减速器设计方法的探讨  74-75
  5.8 本章小结  75-76
第6章总结与展望  76-78
  6.1 全文总结  76-77
  6.2 展望  77-78
参考文献  78-81
附录1:攻读硕士学位期间发表的论文  81-82
附录2:液力减速器试验数据列表  82-83
致谢  83

基于三维流动计算的液力减速器性能仿真研究

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