基于CFD的液力变矩器设计方法的理论与实验研究

论文摘要

本文应用先进的计算机虚拟造型设计技术和计算流体动力学(CFD)来进行液力变矩器的流场数值模拟计算和流场分析,同时利用先进的激光多普勒测速(LDA)系统和粒子图像(PIV)测速技术对液力变矩器的内部流场进行初步的实验研究,并将实验研究结果与数值计算结果进行分析对比,验证了理论方法和计算的正确,并揭示其流场的流动规律和特性,同时研究了特性预测和循环圆及叶片设计方法的改进,较全面地进行了液力变矩器设计方法的理论与实验研究。本文的主要研究及相关结论包括:1、重点研究基于CFD的液力变矩器内部流动数值模拟方法,提供内流场数值模拟解决方案;进行了各叶轮的特性分析及流场分析;提出了原始特性的预测方法。2、基于内流场数值模拟计算结果,提出基于CFD的液力变矩器设计的改进方法,进行液力变矩器叶片和循环圆设计方法的改进研究,首次提出了基于二次函数的环量分配方法的叶片设计法,提高了液力变矩器的设计水平和性能。3、分别利用LDA系统和PIV测试技术对液力变矩器内部流场进行了部分实验测试;并将实验结果与理论计算进行对比分析;通过实验验证CFD计算结果的正确性和可信性,为将来进一步研究提供改进的方向。4、进行了液力变矩器原始特性实验,并与预测结果对比分析,验证了原始特性预测方法的正确。

论文目录

• 提要
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 研究的目的和意义
• 1.3 国内外液力传动研究现状及发展趋势
• 1.3.1 国外液力传动研究现状
• 1.3.2 国内液力传动研究现状
• 1.3.3 存在的问题及发展趋势
• 1.4 本文主要研究内容和研究方法
• 1.5 本章小结
• 第二章 计算流体动力学（CFD）基础
• 2.1 基本控制方程
• 2.1.1 基本方程
• 2.1.2 湍流模型
• 2.1.3 控制方程通用形式
• 2.2 CFD 的求解过程
• 2.2.1 控制方程的建立
• 2.2.2 确定边界条件与初始条件
• 2.2.3 划分计算网格
• 2.2.4 离散方程的建立
• 2.2.5 离散初始条件和边界条件
• 2.2.6 湍流模型、算法和控制参数的确定
• 2.2.7 求解离散方程并判断收敛性
• 2.3 基于有限体积法的控制方程离散
• 2.3.1 有限体积法概述
• 2.3.2 离散格式
• 2.4 基于SIMPLE 算法的流场数值计算
• 2.5 本章小结
• 第三章 液力变矩器三维流场计算方法与流场分析
• 3.1 计算模型及假设
• 3.1.1 数值计算的假设
• 3.1.2 计算模型
• 3.2 三维流场数值计算
• 3.2.1 湍流模型、离散格式与算法的选取
• 3.2.2 边界条件的设置
• 3.2.3 计算过程及初始流场选择
• 3.2.4 收敛准则
• 3.3 流场特性分析
• 3.3.1 泵轮流场特性分析
• 3.3.2 涡轮流场特性分析
• 3.3.3 导轮流场特性分析
• 3.4 基于三维流场数值解的特性预测方法
• 3.4.1 叶轮转矩方程
• 3.4.2 性能计算
• 3.5 本章小结
• 第四章 液力变矩器实验研究
• 4.1 液力变矩器实验概述
• 4.2 液力变矩器流场LDA 测试
• 4.2.1 激光多普勒测速（LDA）系统组成
• 4.2.2 实验内容
• 4.2.3 实验结果
• 4.2.4 实验结果与理论计算对比
• 4.3 液力变矩器PIV 测试
• 4.3.1 粒子成像测速（PIV）系统组成
• 4.3.2 流动图像判读系统
• 4.3.3 实验结果与CFD 计算结果对比
• 4.4 W305 液力变矩器的原始特性实验
• 4.4.1 液力传动实验台简介
• 4.4.2 实验方法与实验结果
• 4.5 本章小结
• 第五章 液力变矩器叶片和循环圆设计方法的改进研究
• 5.1 传统设计方法概述
• 5.1.1 传统叶片设计方法
• 5.1.2 传统循环圆设计法
• 5.2 循环圆设计的新方法概述
• 5.3 基于二次函数的动量矩分配方法的叶片设计法
• 5.3.1 泵轮叶片设计
• 5.3.2 涡轮叶片设计
• 5.3.3 导轮叶片设计
• 5.4 设计实例
• 5.5 本章小结
• 第六章 全文总结
• 6.1 研究结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻博期间发表的学术论文及其它成果
• 摘要
• Abstract