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液力偶合器流场仿真分析方法及其力矩系数研究

作　者: 侯天柱
导　师: 王天驰
学　校: 中国舰船研究院
专　业: 轮机工程
关键词: 液力偶合器流场仿真力矩系数修正原始特性试验研究
分类号: TH137.331
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

液力偶合器是一种利用液体动能进行能量传递的液力传动机械。其具有柔性传动、减缓冲击、轻载启动、过载保护、隔离扭振、协调多动力机均衡驱动等优异功能,广泛应用于船舶、冶金、发电、矿山等重型工业。本文通过理论分析和仿真技术研究,建立了液力偶合器流场仿真分析方法,对液力偶合器力矩系数λ_B进行理论研究,结合流场仿真结果,归纳总结λ_B系数相对于转速n_B的变化规律,并应用JO65XR型液力偶合器进行了试验验证。主要研究内容如下。(1)液力偶合器流场仿真分析方法。首先研究了现今流场仿真分析技术,包括湍流模型、网格生成技术等,形成液力偶合器流场仿真分析方法指导流程。然后对液力偶合器的工况和流场做出一定的假设,以方便几何建模。结合STAR-CCM+软件,深入研究液力偶合器三维流场建模及仿真的方法与过程,主要包括几何模型、计算网格模型、物理模型设置、边界条件、收敛准则、结果显示等。最后基于液力偶合器额定工况下流场的仿真结果,本文分析了液力偶合器整体壁面、轴面、Interface面的流场特性,揭示了流场速度和压力变化的分布情况,对其内部流场特性及生成原因进行了详细分析。本文应用JO65XR型液力偶合器进行验证试验,绘制了不同滑差下的仿真曲线和试验曲线,两条曲线吻合一致,额定工况下仿真值与试验值的平均误差为6.53%,最大误差为10.95%,验证了本文提出的液力偶合器流场仿真分析方法是可行的。(2)液力偶合器力矩系数λ_B的修正。根据多工况流场仿真分析的结果——当滑差i不变时力矩系数λ_B会随着转速n_B不同而变化,本文对液力偶合器力矩系数λ_B进行理论研究,获得液力偶合器λ_B = f ( i ,Re)或λ_B = f ( i ,n_B)的函数关系,并进一步说明力矩系数λ_B并非如通常认识的那样仅和滑差i有关,而是受到滑差i和雷诺数Re(或者转速n_B )的共同影响。然后进行液力偶合器多工况输出扭矩仿真,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,使其满足λB = f ( i ,n_B)的要求。根据试验结果,绘制了试验曲线、修正曲线和未修正曲线,修正曲线明显比未修正曲线更接近试验曲线,修正系数能够反应出转速n_B对力矩系数λ_B的影响趋势,修正前平均误差为10.36%,最大误差为15.93%,而修正后平均误差降为6.08%,最大误差降为10.88%。从而验证了液力偶合器λ_B系数修正理论的正确性。本文的液力偶合器流场仿真分析方法应用于液力偶合器设计之中,可减少研制样机及试验的工作量,达到省时和省力的目的。本文对液力偶合器力矩系数λ_B的修正,进一步提高了对液力偶合器特性的认识,对提高其设计和控制精度具有指导作用和实用价值。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-20
  1.1 研究的目的和意义  10-11
  1.2 液力偶合器工作原理  11-13
  1.3 液力偶合器流场仿真的国内外研究发展及现状  13-18
    1.3.1 液力偶合器流场研究发展  13-14
    1.3.2 液力偶合器流场仿真的国内外研究现状  14-18
  1.4 本文研究的主要内容  18-20
第二章液力偶合器流场仿真分析方法理论研究  20-32
  2.1 流场仿真分析技术  20-29
    2.1.1 基本控制方程  20-21
    2.1.2 控制方程的数值计算方法  21-22
    2.1.3 湍流计算方法与湍流模型  22-26
    2.1.4 网格生成技术  26-28
    2.1.5 流场仿真的计算算法及软件  28-29
  2.2 液力偶合器仿真分析流程  29-30
  2.3 本章小结  30-32
第三章液力偶合器流场仿真分析  32-50
  3.1 液力偶合器的结构及参数  32-33
  3.2 液力偶合器建模  33-37
    3.2.1 建立流场几何模型  33-35
    3.2.2 建立计算网格模型  35-37
  3.3 液力偶合器流场仿真计算  37-40
    3.3.1 物理模型设置  37-38
    3.3.2 边界条件  38-39
    3.3.3 收敛准则  39-40
  3.4 液力偶合器流场分析  40-49
    3.4.1 整体壁面流场分析  41-42
    3.4.2 轴面流场分析  42-47
    3.4.3 Interface 面流场分析  47-49
  3.5 本章小结  49-50
第四章液力偶合器力矩系数研究  50-60
  4.1 泵轮转速对力矩系数λ_B 影响的理论分析  50-54
  4.2 液力偶合器多工况传递扭矩仿真  54-56
  4.3 力矩系数λ_B 的修正  56-59
  4.4 本章小结  59-60
第五章液力偶合器性能试验与验证分析  60-68
  5.1 试验台组成与试验方法  60-63
  5.2 试验内容与试验结果  63
  5.3 液力偶合器流场仿真分析方法和λ_B 修正系数的验证分析  63-67
    5.3.1 液力偶合器流场仿真分析方法的验证分析  63-65
    5.3.2 力矩系数λ_B 修正系数的验证分析  65-67
  5.4 本章小结  67-68
第六章总结  68-71
  6.1 研究结论  68-69
  6.2 主要亮点  69-70
  6.3 展望  70-71
致谢  71-72
参考文献  72-75
学术论文和科研成果目录  75-76
详细摘要  76-82

液力偶合器流场仿真分析方法及其力矩系数研究

内容摘要

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