论文摘要
本文依托“车辆传动国家重点实验室基金项目”——高效液力减速器优化设计,首先介绍了论文的研究背景,液力减速器的发展以及国内外应用情况;介绍了液力减速器目前存在的问题和今后的发展趋势;对液力减速器的设计方法发展历程进行了简要的概述,目前液力减速器设计开发主要是依赖一维束流理论,这种方法无法研究液力减速器内部的流动及规律,本文以D375型液力减速器为研究对象,采用CFD软件FLUENT对液力减速器内流场进行了数值模拟分析。首先利用流体一维束流理论和相似原理对叶片倾角为30°、40°、45°的三种液力减速器进行了特性初算,并得出了参考结论。使用UG建立了三维实体模型,对流道进行了一定的简化处理后建立了流道模型,利用映射法生成了液力减速器周期流道网格。在计算中采用了混合平面模型,计算分析中湍流模型选用标准k-ε模型,速度—压力耦合算法选择SIMPLE算法,离散方法选择最简单的一阶迎风格式。根据束流理论,以等过流截面积原则确定了动轮和定轮的出、入口边界。迭代计算时对制动力矩进行监视,待制动力矩稳定后,得到了制动力矩的大小。对比一维束流理论计算结果与CFD数值计算结果,选定了叶片倾角,对液力减速器的相关几何参数与结构进行了优选,对叶片厚度进行了优选,利用有限元分析软件进行了叶片强度校核;对动轮叶片叶形进行了改进,提高了液力减速器充液效率;对原有的降低鼓风损失装置进行改进,使得降低鼓风损失装置更加新颖,更加合理,工作更加可靠;最后对液力减速器花键连接进行了强度校核。本文对液力减速器的设计开发过程进行了探讨,初步建立了一套以CFD分析为主,一维束流理论为辅的液力减速器设计方法。为提高液力减速器的设计水平做出了贡献。
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摘要ABSTRACT第1章 绪论1.1 研究背景1.2 液力减速器的发展、国内外应用状况1.3 液力减速器简介1.3.1 液力减速器工作原理和特点1.3.2 液力减速器目前存在问题与今后发展趋势1.3.2.1 目前存在的问题1.3.2.2 今后发展趋势1.4 液力减速器设计方法发展历程1.4.1 传统设计方法1.4.2 现代设计方法1.5 FLUENT软件简介1.6 本文研究目标和主要研究内容1.6.1 本文研究目标1.6.2 本文主要研究内容第2章 计算流体力学基本理论2.1 基本控制方程2.1.1 质量守恒方程2.1.2 动量守恒方程2.2 湍流附加方程2.2.1 湍流流动的特性2.2.2 湍流的数值模拟方法2.2.3 k-ε两方程模型2.3 基于有限体积法的控制方程离散2.3.1 离散化的目的2.3.2 有限体积法的基本原理2.3.3 常用的离散格式2.4 流场数值计算的算法2.4.1 SIMPLE算法2.4.1.1 SIMPLE算法的基本思想2.4.1.2 SIMPLE算法的计算步骤2.4.2 SIMPLER算法2.4.3 SIMPLE算法2.4.4 PISO算法2.5 近壁区使用k-ε模型的对策2.5.1 近壁区流动的特点2.5.2 壁面函数法2.5.3 低Re数k-ε模型2.6 本章小结第3章 一维束流理论初算3.1 一维束流理论计算基本假设3.2 液力减速器特性研究的理论基础3.2.1 液体在工作轮中的运动及速度三角形3.2.2 伯努力方程式3.2.3 欧拉方程式3.2.4 相似理论及其应用3.3 液力减速器内特性计算的数学模型3.3.1 叶轮进出口处液流中央轴面位置与流道宽度3.3.2 过流断面积的确定3.3.3 液流在减速器循环圆中不同位置的流速3.3.4 液力减速制动器循环流道内的能量平衡3.3.4.1 动轮的理论压头3.3.4.2 液力减速器的流通损失压头3.3.4.3 液力减速器叶片间流道进口处的冲击损失压头3.3.4.4 减速器循环流道内的能量平衡3.4 液力减速器内特性计算3.4.1 一维束流理论计算流程3.4.2 叶片倾角为30°的液力减速器内特性计算3.4.2.1 叶轮进出口处液流中央轴面位置与流道宽度的计算3.4.2.2 动轮与定轮液流过流断面积的计算3.4.2.3 液流在减速器循环圆中不同位置的流速的计算3.4.2.4 液力减速制动器循环流道内的能量平衡计算3.4.3 叶片倾角为40°的液力减速器内特性计算3.4.3.1 叶轮进出口处液流中央轴面位置与流道宽度的计算3.4.3.2 动轮与定轮液流过流断面积的计算3.4.3.3 液流在减速器循环圆中不同位置的流速的计算3.4.3.4 液力减速制动器循环流道内的能量平衡计算3.4.4 叶片倾角为45°的液力减速器内特性计算3.4.4.1 叶轮进出口处液流中央轴面位置与流道宽度的计算3.4.4.2 动轮与定轮液流过流断面积的计算3.4.4.3 液流在减速器循环圆中不同位置的流速的计算3.4.4.4 液力减速制动器循环流道内的能量平衡计算3.4.5 液力减速器内特性计算结果分析3.5 本章小结第4章 液力减速器内流场的CFD数值模拟4.1 CFD数值模拟具体实施过程.4.2 几何模型的建立与流道的抽取4.2.1 几何模型的建立4.2.2 流道模型的抽取4.3 液力减速器网格模型的生成4.3.1 网格类型4.3.2 网格单元的分类4.3.3 有限元六面体网格的典型生成方法4.3.4 映射法生成液力减速器周期流道网格4.4 计算模型的建立4.4.1 计算中的假设4.4.2 混合平面的应用4.4.3 控制方程与湍流模型的选择4.4.3.1 湍流模型的选择4.4.3.2 速度耦合算法和离散格式的选择4.4.4 边界条件的设置4.5 收敛判断4.6 液力减速器内流场数值计算结果分析4.6.1 制动力矩各工况计算结果4.6.2 高速工况内流场分析4.6.2.1 高速工况动轮流场分析4.6.2.2 高速工况定轮流场分析4.6.3 计算结果对比分析4.6.3.1 动轮典型工况对比分析4.6.3.2 定轮典型工况对比分析4.7 本章小结第5章 液力减速器结构改进设计5.1 叶片倾角的确定5.1.1 前倾叶片的选用5.1.2 叶片前倾角度的确定5.2 叶片厚度的优选5.2.1 叶片厚度的选取5.2.2 叶片强度的校核5.2.2.1 液力减速器动轮、定轮叶片及外环的提取5.2.2.2 有限元模型的生成5.2.2.3 有限元模型的前处理5.2.2.4 有限元模型的强度分析5.3 动轮叶片叶形改进设计5.4 液力减速器降低鼓风损失装置的改进设计5.4.1 现有的降低鼓风损失装置背景技术5.4.2 降低鼓风损失装置的改进设计5 4.2.1 改进设计具体实施方式5.4.2.2 改进设计后的降低鼓风损失装置优点分析5.5 液力减速器花键连接的强度校核5.6 本章小结第6章 总结与展望6.1 全文总结6.2 展望参考文献附录1:攻读硕士学位期间发表的论文及专利成果致谢
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