从保证冲击损失计算精度的角度出发,推导了一维束流理论性能预测模型中各参数基于计算流体力学(CFD)分析的等效表达式.从CFD分析结果中提取各叶轮的损失功率,运用最小二乘法确定各损失项的损失系数,进而得到液力损失的构成情况,为进一步改进设计提供依据.运用得到的等效参数与各项损失系数修正一维束流理论性能预测模型,修正后的等效参数性能预测模型的泵轮转矩系数与CFD分析最大偏差减小至3.2%以内.改变液力变矩器的叶形参数,使失速时泵轮转矩系数提高6.9%,最高效率降低2.5%.分别使用等效参数性能预测模型与CFD分析重新计算,等效参数性能预测模型的泵轮转矩系数与CFD计算结果偏差在7.3%以内,仍然保持较好的一致性.

研究了基于格子Boltzmann方法(LBM)的液力变矩器导轮内流场数值计算理论与方法.首先,提出了LBM中处理旋转周期性边界条件的方法.然后,分析了LBM中各项参数对于计算稳定性以及计算效率之间的影响.为了保证粒子迁移与碰撞计算的稳定进行,必须合理选定弛豫时间τ,从而避免在计算过程中平衡态分布函数feq出现负值的情形.此外,在LBM中运用大涡模拟(LES)可以降低计算稳定性对于弛豫时间τ选取的限制,在一定程度上提高计算效率.最后,在开源代码Palabos的基础上进行功能拓展,实现导轮内流场的仿真计算,得到了导轮尾迹区域瞬时非定常流动分布特征.结果表明,LBM与传统计算流体力学(CFD)方法相比,液流对导轮作用力的计算结果在数值上较为接近.然而,使用LBM可以获得详细流场形成过程的时间历程以及局部复杂的流动细节.

采用合成射流作为主动控制手段,对自由空间中D型体尾流的控制机理和气动减阻进行了数值仿真.合成射流布置在D型体垂直背上下缘处并同时作用,射流方向与来流方向平行,频率从40 Hz变化到500 Hz.结果表明,在整个频率范围内都实现了减阻.在低频激励(65 Hz)作用下,尾流上下两侧剪切层趋于同步化,汇合位置延后,卡门涡街强度减弱;在高频激励(500 Hz)作用下,伴随着整流,剪切层向内偏转,尾流夹带现象减弱,回流区略延长.卡门涡街的抑制对于钝体尾流的形成以及减阻效果有着显著的影响.

针对某A级轿车,首先通过整车风洞试验验证了计算流体力学仿真方法的可靠性,接着基于该数值计算方法,对复杂车身数模进行了封闭格栅、轮拱罩并平顺底部的简化处理,研究了车身简化对不同轮辐工况下整车气动阻力系数变化趋势的影响。结果显示,简化前后阻力系数趋势发生了改变,前后轮和车底部流场出现了明显变化。在此基础上,仅针对发动机复杂的舱内部件进行了不同程度的简化,结果显示,阻力系数趋势对舱内部件的简化也很敏感。因此,在以降低整车气动阻力为目标进行车轮局部优化时,需要谨慎地进行车身的简化工作。

以简化准三维模型D型钝体为研究对象,通过数值仿真手段,利用零质量合成射流器理论进行了D型体主动流动控制和主被动结合的流体控制研究发现,在尾部分离点进行射流控制时,高频射流有助于钝体减阻,减阻效果可以达到1.78%。主被动结合的锯齿和射流加强了尾迹三维流动结构,破坏了准三维模型的展向流动结构,使得减阻效果较好。采用主被动结合控制的射流为低频和高频时减阻效果为20.86%和21.20%。

为从理论上揭示插装阀组集成控制液压系统瞬时失效的原因,以混凝土泵液压系统为例,提出了基于流体逻辑理论的插装阀组启闭状态组合的解析方法,并运用混凝土泵液压系统的数字化模型验证其有效性.研究结果表明,当负载处于一定范围时,个别插装阀的不当开启会导致不同插装阀的容腔短暂串通,造成液压系统的瞬时失效,而增加插装阀控制腔压力可以解决液压系统的瞬时失效问题.论文提出了提高插装阀组集成控制液压系统运行稳定性的设计方法.

以典型的斜盘式轴向柱塞泵为对象,为了降低柱塞泵工作过程中的压力冲击与倒灌回流,利用计算流体动力学方法,对柱塞泵吸排油过程进行动态模拟,可视化地解析了配流盘三角槽结构对冲击与回流特性的影响.针对配流盘局部结构建立参数化模型,借助于计算流体动力学的解析、试验设计、近似模型技术,对柱塞泵动态解析过程进行一体化集成;以2阶响应面函数的形式,表达动态过程中柱塞腔内压力、回流峰值与配流盘三角槽跨度、深度的响应面模型;最后,对三角槽结构参数进行优化设计,为斜盘式轴向柱塞泵降噪型配流盘的设计,提供再设计的理论依据.

为了改善轴向柱塞泵滑靴副润滑特性,考虑滑靴副与油膜之间的热传导关系,提出了一种基于控制体能量守恒定律的滑靴副热平衡间隙公式,讨论不同柱塞腔压力、缸体转速以及进口油液温度对热平衡间隙的影响.研究结果表明,滑靴副的热平衡间隙与材料的线膨胀系数和导热率成反比,影响材料的抗温升变形以及摩擦副的配合性能;滑靴和斜盘因表面温度升高而产生热膨胀,导致热平衡间隙显著减小,与柱塞腔压力、缸体转速以及进口油液温度成正比.因此,滑靴应该选取线膨胀系数和热导率大的材料,对于斜盘则正好相反,以减少滑靴表面磨损.

在滑阀换向过程的三维有限元解析中,由于流固耦合造成其网格大变形,出现三维瞬态流场解析发散的问题.提出了面向滑阀三维瞬态流场解析的滑移网格法,即通过在静止网格与动态网格间用平行滑移网格连接构建三维解析模型,以避免瞬态流场解析中动态网格反复重构所造成的计算发散问题,实现滑阀换向过程的三维瞬态流场解析.研究以某液压挖掘机多路阀回转联为对象,以液压元件动态特性试验台试验结果为基准,对比平稳工况条件下的解析值与实验结果,验证了滑移网格法在滑阀三维瞬态流场解析中的适用性,为建立挖掘机动态载荷与其阀芯结构形态间的动力学映射关系提供了工程化表达路径.

提出了一种利用矩形域最小二乘曲面拟合的方法与MATLAB软件结合生成液压泵和液压马达CAT技术中等值(等效率或等功率)曲线族的方法.此方法充分利用了MATLAB所具有的生成各类曲面和曲线的功能优势使得工况点在试验域内允许无次序和无规划地任意采集因此可以大大简便操作避免换算误差.同时分析了所提出方法的误差并通过实例证实了该方法的可行性和正确性.