液力偶合器部分充液流场数值模拟与特性计算

　　引言

　　液力偶合器工作时工作腔内部分充液,因此在偶合器流道内存在粘性的三维不稳定气液两相流动。目前国内外对偶合器内部两相流动的研究较少。本文借 助CFD软件平台对液力偶合器内部部分充液时的流场进行数值模拟,得到偶合器内部速度与压力分布,以及不同充液率下流场结构的变化及两相分布情况。基于流 场数值解计算不同充液率下偶合器的原始特性。

　　1　控制方程

　　偶合器内部为湍流流动,故应用连续方程、时均化雷诺方程和k-ε湍流模型,则有

　　式中　εm———涡粘性系数

　　V———流体质点速度矢量

　　F———单位质量力　　p———压力

　　μ———动力粘度　　k———湍流能量

　　ε———湍流能量耗散率

　　cμ———系数,常取0·09

　　Δ———哈密尔顿算子k和ε的运输方程为

　　式中　vm———质量平均速度

　　ρm———混合密度

　　αk———第k相的体积分数

　　两相流动的动量方程可以通过对所有相各自的动量方程求和来获得,可表示为

　　2　CFD建模

　　根据已有偶合器有机玻璃模型进行UG建模,泵轮和涡轮结构完全相同,有效直径D=356 mm,叶片数为12。

　　图1为偶合器泵轮和涡轮三维模型。图2所示为计算流道的网格模型,泵轮和涡轮的网格单元数都是102 560个。

　　由于液力偶合器泵轮流道和涡轮流道的交互作用,且偶合器内部流动是非稳态的,为了对泵轮流道和涡轮流道进行统一计算,对泵轮流道和涡轮流道的交界面采用了滑动网格理论[1]。

　　滑动网格法属于瞬态计算方法,需要在不同计算子域间设置网格分界面,计算中相邻子域将按照运动定义沿网格分界面进行滑移。为实时求解界面流动, 在每一新的时间步长内需确定子域间新的网格分界面,通过实时的新分界面的通量传递实现不同子域间实时耦合。滑动网格法是模拟多移动参考系流场的最精确方 法,计算量也最大。

　　滑动网格模拟的瞬态问题大部分是时间周期性的,即计算区域的速度是周期复现的。设T是瞬态计算的周期,那么在计算区域的一些流动特性函数Φ为

　　当一个求解域的解从一个周期到下一个周期变化很小(小于5%)或没有变化,就达到了时间周期的求解。

　　数值模拟采用混合模型。混合模型用于两相流或多相流,各相被处理为互相贯通的连续体,混合模型求解的是混合物的动量方程,并通过相对速度来描述 离散相。混合模型的应用包括低负载的粒子负载流、气泡流、沉降,以及旋风分离器等[2],可用于没有离散相相对速度的均匀多相流。