为了实现液力偶合器漩涡流场高精度试验测量,研究粒子图像测速(PIV)流场试验测量环节的主要误差来源,分析示踪粒子选择、图像采集策略和流速提取算法对流场测量精度的影响,提出降减和消除误差的途径与方法.研究结果表明在容积为2 710 m L的水介质液力偶合器中投入1.0 g等效直径为1.5μm的PSP示踪粒子,图像采集效果好且粒子浓度满足PIV测速要求;将液力偶合器外壁表面设计为大平面采集区域能够有效地避免反光现象,并降低离轴角误差和光路折射误差;采用递归互相关算法,使用自适应查询区域分析方法,通过3次迭代计算,能够更好地提取主流区域上大尺度漩涡流动特征和局部角隅区域上小尺度涡旋结构特征.

合理选择湍流模型是获取准确和可靠数值模拟结果的关键。该文采用3种湍流模型(标准k-ε模型、分离涡模型、大涡模拟模型)仿真制动工况下方形腔液力偶合器流场,提取流速场和涡量场。基于粒子图像测速(particle image velocimetry,PIV)技术测量液力偶合器制动工况下流场,将数值模拟结果与PIV试验结果进行对比,以PIV试验测量结果作为评价基准,分析采用3种湍流模型计算流场结果的差异性,完成湍流模型的适用性分析。结果表明,标准k-ε模型仿真结果与PIV试验结果误差较大;采用大涡模拟模型模拟主流区域流场结构分布更加真实,仿真结果能够较好地解释主流区域多尺度涡旋运动规律和能量耗散机理;采用分离涡模型能够更准确地捕捉近壁面和角涡区高梯度流场结构分布。研究结果可为液力偶合器流场精确计算与性能预测提供参考。

轴向漩涡流动是研究液力偶合器能量损耗的重要基础。该文基于粒子图像测速技术采集制动工况下液力偶合器轴向漩涡流场图像,通过图像处理技术识别并提取液力偶合器外壁面上特殊几何结构所呈现的光学特征,完成流动图像动态标定。利用霍夫变化直线检测算法识别泵轮轴向流场流速方向,通过图像互相关算法并采用查询窗口偏移技术提取涡轮轴向漩涡流场结构,应用误矢量识别算法检测错误流速矢量并予以剔除,获得优化的流动图谱。研究结果表明泵轮轴向流场中液流是一种复合加速运动;涡轮轴向流场中液流是一种多尺度漩涡流动,主流区域上流速值为0.2~0.4 m/s,叶片与壁面组成的角隅区域上形成小尺度涡旋,角隅区域上流速值为0.6~1.1 m/s。上侧叶片与泵轮、涡轮交界面处的角隅区域上存在与主流循环流动方向相同的小尺度涡旋,涡量数值为?8 s?1,此处涡...

为揭示水介质液力偶合器涡轮流场的特征及演化规律,基于计算流体动力学(CFD)技术,采用4种湍流模型(DES、DDES、IDDES、LES)仿真制动和牵引工况下的涡轮流场结构.通过粒子图像测速(PIV)试验,采用静态、动态图像标定方法实测涡轮流场图像.通过PIV流场试验结果与CFD仿真结果的对比评价4种湍流模型的适用性.结果表明制动工况下,LES模型对主流区域多尺度漩涡流场结构的仿真结果趋于真实,流速为3.52~3.81m/s,涡量为480~540s^-1;IDDES模型对叶片近壁面区域流速场的仿真表现卓越,流速为3.14~3.51m/s,而DES模型对该区域内涡量场的仿真较好,涡量为500~570s^-1.牵引工况下,DDES和IDDES模型的仿真结果失真;DES模型对主流区域漩涡流场结构的仿真效果不如LES模型,但是能够体现多尺度涡旋沿圆周方向运动的基本趋势;LES模型的仿真结果与PIV试验结果吻合,