基于Fluent液力变矩器的外特性数值分析

　　液力变矩器是车辆和工程机械自动变速系统中的关键部件之一,配备液力变矩器的车辆可以实现自动变速、变矩等功能。液体在流道内做复杂的三维黏性非定常紊流流动,以往无论是试验方法还是理论方法,准确分析工作介质在各元件内的流动状况都有相当的难度。

　　最为典型的单级单相三元件液力变矩器主要由可旋转的泵轮、涡轮以及固定不动的导轮组成。泵轮、涡轮、导轮共同工作,相互影响,且存在较大的相对流动。

　　液力变矩器内特性相当复杂,对于YJ系列某一型号液力变矩器其泵轮、导轮、涡轮叶片数分别是29、22、23。如果只选择单叶排单流道的几何模型仿真,不能得出液力变矩器各轮之间出口和进口的实际数据交换关系(液力变矩器靠液体动能传递能量,各轮之间入口面上各点速度不是同样大小,而是与前一工作轮出口对应,如果取一固定值会对计算结果产生很大影响)。

　　选择稳态模型时,若认为某点的速度为定值,则无法正确反映出实际工况,因为液力变矩器内的液体是一个复杂的流动过程,无法保证此速度为一定值,也无法保证泵轮、导轮、涡轮达到稳定,因此我们取出所有流道,并采用滑移网格技术,选取非稳态模型进行联合仿真。前一工作轮的出口值作为下一工作轮的入口边界条件(泵轮出口对应涡轮入口,涡轮出口对应导轮入口,导轮出口对应泵轮入口),迭代直至收敛。

　　1 分析中的假设

　　为了对液力变矩器进行数值模拟,必须对其模型进行必要的约束,以满足计算要求。

　　1)液力变矩器的各工作叶片为刚体,在工作过程中没有形变。

　　2)流体是不可压缩的,具有恒定的物理性质,即密度和黏度都保持不变。

　　3)流体保持恒温,不考虑热传递。

　　2 动态数学模型简化

　　M^D_P和M^D_T为非稳定工况下泵轮和涡轮轴的动态转矩;Xp和XT分别为泵轮和涡轮的角速度;M^H_P和M^H_T分别为稳定工况下液力变矩器泵轮和涡轮轴的液力转矩;ω_Py和ω_Ty分别为泵轮和涡轮中工作液体的转动惯量;F_Py和F_Ty分别为泵轮和涡轮叶片间流道的几何参数的形状因素;Q为变矩器工作腔内的液体循环流量。液力变矩器在非稳定工况时的动态数学模型如下[3-5]:

　　液力变矩器在非稳定工况下工作时,如果确保液力变矩器具有足够高且稳定的进出口油压,使进入变矩器的循环流量Q稳定不变,则可忽略工作液体沿工作腔方向循环流动的惯性力矩。即上式中

由于工作液体的转动惯量JPy和JTy与泵轮或涡轮及其连接轴等主要零件的转动惯量JP和JT相比非常小,在一般的计算中也可将工作液体的转动惯量JPy和JTy忽略,则动态数学模型进一步简化为: