液力变矩器泵轮内流场的仿真分析及性能预测

　　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平稳起步,并具有自动变速、变矩的功能。液力变矩器主要由可转动的离心式泵轮、向心式涡轮和固定不动的导轮组成，与发动机连接的泵轮，其性能对液力变矩器有直接的影响^[1]。

　　本文以YJ380 型液力变矩器泵轮为研究对象，应用Pro/E 软件建立泵轮的三维实体模型，在导出泵轮的叶栅流道模型后，用FLUENT 软件对其内流场进行了仿真分析。文中还研究了叶栅叶片出口角度的变化对泵轮内流场及对其性能的影响，计算结果与试验数据进行了比较。

　　1液力变矩器泵轮

　　液力变矩器泵轮叶栅流道内环、外环及叶片表面构成扭曲的空间曲面。由于流道的曲率变化很大，液流介质的粘性及其不可压缩性，使得液流沿着流线的速度和方向都在发生不断地变化，易使流道内壁上的边界层出现脱流、涡旋和二次流。由于液流在流场的流动状态直接影响泵轮的性能，因此改善液流的流动状态是提高泵轮工作效率的关键。鉴于液力变矩器泵轮结构的复杂性，本文借助于现代虚拟样机技术，应用流体力学分析软件，通过对泵轮内流场的分析找出泵轮叶栅参数和结构尺寸的变化对液体流动状态的影响，从而改善液力变矩器的工作性能，提高液力变矩器的设计水平^[2-7]。用Pro/E建立的YJ380型液力变矩器泵轮的三维实体模型如图1(a)所示。

　　2泵轮叶栅内流场的数值分析

　　2.1计算假设

　　在工作状态下，液力变矩器泵轮叶栅流道中的工作液是不可压缩、非定常的三维粘性流体，为了便于用FLUENT软件进行数值仿真计算，需对内部流场做如下假设:

　　(1)液力变矩器采用不可压缩、密度和粘度保持恒定不变的国标液力传动油，其相关参数ρ=899.1kg/m³, μ=0.00189Pa·s。

　　(2)液力变矩器处于稳定工作状态，即忽略油温变化带来的热能损失。

　　(3)液力变矩器的所有构件均视为绝对刚体，忽略工作液和流道壁面之问的祸合作用。

　　(4)工作液全部从叶栅的进口面流入、出口面流出。

　　(5)各工作轮之问的无叶栅区处于压力平衡状态，导轮出口面流出的工作液全部流入泵轮叶栅的进口面。

　　(6)叶栅的每1个流道，其结构及流场特性是完全相同的，只需取1个流道进行流场分析即可。

　　2.2计算模型及软件设置

　　YJ 380型液力变矩器泵轮叶片数为27。根据前面假设，只选取泵轮的1个流道进行叶栅流场仿真分析。

　　分析模型包括叶片内的流道部分及叶片进口面前和出口面后的一小段无叶片区，由泵轮实体模型导出的流道计算模型见图1(b)。应用软件FLUENT计算分析时，选用适于不可压缩流动及低马赫数可压缩流动的分离式求解器、标准湍流模型和SIMPLE 算法;选择NO-SLIP壁面和循环边界条件;选择控制方程的残差小于10^-3时，结果收敛。