越野车液力变矩器流场分析与实验研究

　　液力变矩器是流道封闭的多叶轮透平机械,其内部是非定常的、三维的、不可压缩的、粘性流体的复杂流动,加上变矩器流道和叶片形状的复杂性,使其流动难以准确测量,但是要优化和改进变矩器,提高其性能,关键是要认识其内部流场的流动规律.本文用CFD软件对越野车W305液力变矩器内部流场进行数值分析,并用激光多普勒测速系统(LDA)[1]对其导轮的流场进行测试,将测试结果与计算结果进行对比分析.

　　1　CFD数值计算

　　1·1　流动基本控制方程

　　在相对坐标系下,液力变矩器内部流体流动的基本方程组为[2]连续性方程

　　式中:F为流体的体积力矢量; p为压力梯度;μ为粘性系数; 2为“拉普拉斯算子”.

    工程上将连续性方程和动量方程合称为Navier-Stokes(简称N-S)方程组^[3].

　　1·2　CFD分析过程

　　首先用UG建立W305型液力变矩器的三维模型(图1),采用非结构四面体进行网格划分,图2为网格模型^[4].

　　在数值分析中作如下假设[5]:液力变矩器中所有构件为绝对刚体;相对于各个旋转参考系来说,流道内的流场是稳态的,因此,各流场参数不随时间而变;流体是不可压缩的,密度和粘度都保持不变,流体保持恒温,不考虑热传递.

　　2　三维流场计算结果分析

　　以i =0·0工况为例说明流场分布情况[6, 7].各叶轮流场速度分布情况如图3所示.

　　泵轮入口处,在非工作面和外环附近出现高速流区,且随流动的深入逐渐扩散;工作面与内环面相交处存在低速流区域,且由入口向出口、由工作面向非工作面方向扩散.

　　在导轮非工作面上存在脱流和低速流动现象,尤其在进口脱流区域比较大,这与液流的入射角度有直接关系.在流道出口处靠近工作面一侧存在高速流区.

　　涡轮流道的前半段,内环面附近流动比较复杂,在内环面与工作面相交处存在回流区;最高速度出现在非工作面与外环相交处,并沿着流动方向逐渐降低.

　　各叶轮流场压力分布如图4所示.泵轮进口面和工作面交界处存在低压区,且由工作面向非工作面方向扩散;在流道中部,外环和工作面交界处存在高压区;在接近出口处,内环面上靠近工作面处存在低压区.

　　导轮流场压力的分布是比较均匀的.在进口附近,液流受叶片阻挡,工作面和内环交界存在高压区,在流道后半段非工作面和外环交界处存在低压区.

　　涡轮非工作面和外环面的交角处存在小范围高压区,在非工作面和外环处出现局部的高速流;在流道后半段,低压区主要集中在非工作面和内环处;在流道中部流道曲率变化最大的地方压力较高.