现代设计方法在液力变矩器叶型设计中的应用研究

　　0 引言

　　在CAD、CFD 技术高速发展的今天, 现代设计方法正逐步代替传统设计方法成为液力变矩器设计的主要方法^[1]。现代设计方法不仅提高了液力变矩器的设计精度, 而且可以节省大量试制和试验成本, 无论是在新产品的开发还是现有产品的优化中都发挥了重要作用。因此, 加强现代设计方法的使用研究对于减少产品的设计周期, 增强产品的市场竞争力有着重要意义。

　　1 现代设计方法在变矩器中的应用

　　本文所研究的液力变矩器叶型的现代设计方法是将CAD 和CFD 技术有机结合起来, 借助CAD 技术强大的三维造型功能及CFD 强效的流场模拟效果, 建立一套方便、有效的液力变矩器设计方法。具体设计流程如图1 所示。

　　参数选择是叶型三维成型的基础, 本文在修正能头的束流理论基础上进行参数选择, 运用CAD 技术生成叶型三维模型, 然后进行CFD 内流场的数值模拟,根据模拟结果判断参数选择是否合理。如果CFD 数值模拟结果显示的特性符合预期要求, 则进行试验对比, 否则参考模拟结果调整所选参数, 重新进行叶型设计。

　　2 参数化叶型CAD设计

　　2.1 修正能头的束流理论

　　现代设计方法要求对叶型进行参数化设计, 以确保对叶型实施更加简单有效的调控, 从而提高设计精度。其中参数的选择要求设计者具备一定的经验, 在一定的理论基础上进行。本文参数的选择建立在修正能头的束流理论的基础上。

　　为了简化叙述, 本文对所涉及公式作如下规定: 下标1 表示流道入口, 2 表示流道出口; 下标P 表示泵轮,T 表示涡轮, S 表示导轮; 下标θ表示轴面量, m 表示切向量。

　　束流理论中的能量平衡方程式:

　　式中H_p———泵轮理论能头;

　　H_T———涡轮实际能头;

　　Σ_h———总的能头损失。

　　由欧拉方程得:

　　式中U———液体质点随叶轮旋转的牵连速度;

　　V———绝对速度。

　　束流理论中的能头损失一般分为两类: 摩擦损失和冲击损失。

　　传统设计方法简化了循环圆形状对流动摩擦损失的影响, 本文采用弯曲管路摩擦损失方程对摩擦损失进行修正, 以便更加有效的反应流道曲率变化引起的摩擦损失。以泵轮为例, 将泵轮流道近似为弯曲管路,如图2 所示。

　　此时的摩擦损失表示为^[2,3]:

　　式中W———相对速度。