超扁平化液力变矩器泵轮流场主流特征分析

　　液力变矩器是一种液力、机械耦合的复杂透平机械,是液力自动变速器(AT)的关键部件之一,能够无级变速和变矩,使车辆起步平稳,并能够减缓冲击,提高传动系的寿命.随着人们对于汽车燃油经济性和动力性的要求越来越高,汽车设计越来越紧凑,因此就相应要求减小液力变矩器的轴向和径向尺寸,循环圆扁平化成为汽车液力变矩器设计的一个主要特点.EjiriEM等[1]定义了循环圆扁平率的概念.循环圆扁平率定义为循环圆宽度与有效直径比或循环圆高度与有效直径之比.研究表明,当扁平率低于0. 2的时候整体性能会显著变差. Kim Giwoo等[2]认为适应液力变矩器扁平化的一个重要设计手段就是改变导轮的几何尺寸,因为导轮对整体性能的影响明显. Jean Schweitzer等[3]研究了一种不对称循环圆液力变矩器,这种液力变矩器的涡轮叶片轴向尺寸比参照原型缩短了7 mm,这样节省了空间,同时能够使得液力变矩器的峰值效率比之参照原型更高.作者的结论认为出现这种情况的原因是涡轮中间面的回流明显减少,这就减少了流场损失,提高了效率.

　　国内对于液力变矩器内流场的研究始于本世纪初,主要集中于汽车液力变矩器的流场分析[4]以及基于三维流场计算的液力变矩器的改型研究[5].但是对于新型的扁平化汽车液力变矩器研究的文献并不多见,而分析内部流场主流特征及其形成原因的文献则更少.文中基于一款超扁平化的汽车液力变矩器(扁平率为21. 8% ),利用计算流体动力学(CFD)软件仿真分析液力变矩器内流场的复杂湍流运动,并进一步探讨扁平化液力变矩器的泵轮的主流特征.

　　1　建立计算模型

　　某新型汽车液力变矩器有效直径D=250 mm,轴向尺寸L=54. 5 mm,则扁平率L/D=21. 8%.泵轮、涡轮、导轮的叶片数分别为31, 29, 21.图1为该款新型液力变矩器的循环圆示意图.

　　1. 1　假设与简化

　　液力变矩器内部流体的运动是三维、瞬态、粘性、近似不可压的湍流.为研究方便,通过一些合理的假设[6]以简化计算模型.

　　(1)流场参数相对于时间独立.相对于每个旋转参考坐标系,流道内的流场处于稳定状态;

　　(2)只有一个叶片包含在液力变矩器每个叶轮的模型里面.从一个流道到另一个流道的流动是圆周对称的;

　　(3)仿真过程中没有热传递,流体常温.流体具有定常的物理属性(密度和粘度),而且不可压;

　　(4)液力变矩器内部不存在汽化和泄漏现象;

　　(5)冷却液小于总质量流率的0. 2%可以忽略,锁止离合器附近的流场不包括在计算模型中;

　　(6)忽略一些小的几何结构细节.

　　1. 2　定义边界条件