YB355-2液力变矩器内部流场的数值模拟分析

　　液力变矩器是流道封闭的多叶轮透平机械,因其泵轮、涡轮及导轮的转速不同,各工作轮之间的油液相互干扰,其流动为非定常的三维粘性流动,因而增加了变矩器内部流场的计算分析难度。因其结构特点,其内部常存在二次流、脱流及旋涡等不利的流动特征,若设计不合理将严重影响工作性能,因此深入研究其结构参数和运行工况对内部流动及其特性的影响规律就很有必要。随着计算流体力学和计算机技术的发展,CFD软件日趋成熟,对变矩器内部流场进行更准确地计算分析已成为可能^[1]。鉴此,本文利用Fluent流体计算分析软件,模拟计算了YB355-2型液力变矩器内部流场,计算了各叶轮及其整体的性能参数,并研究了变矩器内部流场的数值模拟计算方法及其流动特征,为研制新型液力变矩器提供了参考。

　　1 液力变矩器内部流场计算

　　1.1 液力变矩器内部流场计算域的三维造型

　　基于液力变矩器的结构数据^[2],采用Solid-workers对YB355-2液力变矩器内部流场计算域建立三维实体模型,见图1。

　　1.2 液力变矩器内部流场计算域的网格划分

　　采用gambit软件对计算域进行网格划分,并定义边界条件。采用适应性较好的四面体非结构型网格,泵轮网格数100 998个,涡轮网格数81 043个,导轮网格数55 453个。

　　1.3 液力变矩器内部流场计算

　　YB355-2使用#22透平油,可视为不可压缩流体,设密度ρ=900 kg/m³、粘度c=0.018 5kg/(m#s)。利用Fluent软件进行数值计算。湍流模型选择标准J-E模型,压强速度耦合算法采用SIMPLE算法。采用分块计算法[3]对泵轮、涡轮、导轮的内部流场进行数值模拟计算,采用混合平面算法^[4~6]计算变矩器整体内部流场。实践表明,采用混合平面法计算液力变矩器整体内部流场时,合理的初始流场可提高计算的收敛速度与准确性,本文基于分块计算结果构建初始流场。

　　2 流场分析

　　利用混合平面法的数值模拟计算结果,分析了变矩器泵轮、涡轮、导轮的多个弦面、翼面、节面上的流动特征^[4~6]。

　　2.1 泵轮内流场分析

　　(1)泵轮叶片进口部分。1）工况1。转速比i=0时,进口液流有较大的负冲角,叶片进口吸力面侧因进口液流冲击出现局部高压区,压力面的内环侧存在低速低压区,呈现脱流趋势,内环附近压力分布形态较差。2）工况2。转速比i=0.69时,进口液流有较小的正冲角,流态较好,但在泵轮叶片吸力面前部的内环侧仍可见低速低压区。

　　(2)泵轮叶片中部。顺流方向存在逆时针旋转二次流,见图2。

　　(3)泵轮叶片后部。其速度分布呈典型的射流/尾流结构,速比越大,射流/尾流结构越明显。