基于内流场分析的液力变矩器改型设计

　　0前言

　　液力变矩器是自动变速系统中最关键的部件之一，其性能对整个传动系乃至整车的性能都有着重要的影响。由于变矩器的结构和内流场的复杂性，其设计基本都基于简化的一维束流理论以及经验数据进行。近年来，随着计算流体力学和计算机技术的发展，各种流体动力学分析软件(CFD)也日趋成熟，这些技术使得对变矩器内流场的数值计算成为可能[1一]。

　　利用CFD软件Star一CD对液力变矩器内流场进行数值计算，通过分析流场特性对变矩器进行改型设计，从而得到分布更合理的内流场和更优的外特性。试验结果表明，CFD仿真计算结果是非常准确的，改型后的变矩器外特性更加符合性能要求。

　　1内流场数值分析

　　1.1几何测量和网格生成

　　所研究的变矩器基型为W305型变矩器，其泵轮、涡轮和导轮的叶片数分别为21、25和17，采用三坐标测量机对变矩器各表面取点测量，建立几何模型。在进行稳态计算时，考虑到循环对称，每一元件仅取一个流道进行建模分析。一般情况下，冷却油路流量小于循环流量的0.2%[4]，各叶轮之间的液流泄漏相比与循环流量也很小，因此均可以忽略，最后得到的流场计算网格模型如图1所示。

　　1.2流场计算

　　利用CFD软件Star.CD对流场进行数值计算，流体被认为是不可压缩、温度恒定、粘度为常数，速度一压力祸合算法采用sIMPLE算法，湍流模型采用标准k-e模型。对于旋转速度不一致的各元件之间的流动，混合平面理论给出了一种简单实用的处理方法[51。实际问题中，各元件之间的滑动交界面是随着时间变化而改变的，采用混合平面代替滑动交界面之后，通过周向平均的处理方法将时变性去除，从而可以进行稳态计算。计算中当标准残差小于ro一，时，认为计算过程收敛。流场数值计算采用有限体积法对各网格单元的速度和压力值进行求解，可得到整个流场的速度场和压力场分布，对各叶轮进出口面上的动量矩进行积分，并根据欧拉方程求出各工作轮转矩，最终可求得液力变矩器的外特性[6一7]。

　　完成模型设置后，对速比R。从0至0.85之间的16个工况进行了仿真计算，同时对该变矩器原型进行定转速外特性试验，图2给出了计算结果与试验数据的对比。

　　由图2可以看出，CFD仿真计算结果与试验数据非常接近，这也保证了改型设计可以以cFD仿真计算结果作为依据。

　　2改型设计

　　上述变矩器的主要性能参数如下:起动转矩比(速比为0时的转矩比)为R0t二2.11，最高效率场思=81.5%。针对实际应用需要，确定改型设计的主要目标是提高效率，同时增大泵轮容量系数K使得与发动机匹配一良好。K系数可以通过改变泵轮出口角进行调节[5]，这里的重点是通过对涡轮叶片改型设计来提高效率。