液力变矩器三维流动的计算

　　引言

　　装有液力变矩器的动力系统可以使整个系统平稳起步、无级变速和变矩[1]。随着液力变矩器越来越广泛地应用于各个行业,提高液力变矩器的效率、降低能耗对国民经济的发展具有重要意义。由于液力变矩器内部流道形状复杂,使得液力变矩器内部流场极其复杂,而要提高液力变矩器的性能,关键是要深刻认识其内部流体的流动现象和流动结构。

　　1　基本方程组

　　1.1　液力变矩器内部流体流动分析

　　液力变矩器是流道封闭的多叶轮透平机械[2]。由于叶轮的叶片和流道形状相当复杂,加上各叶轮之间相互干扰,叶轮内流体的流动比通常管道内流体的流动和飞行器在大气中飞行时空气的流动更加复杂,其实际的流动是非定常、三维、不可压缩、粘性流体的流动。

　　在液力变矩器的三维流动理论研究中,引入绝对圆柱坐标系和相对圆柱坐标系。

　　绝对的圆柱坐标系(),它是固结在地面上静止不动的坐标系,单位矢量是(),z轴与旋转轴一致;而相对的圆柱坐标系(),单位矢量是(i),它固结在动叶轮上并随叶轮一起旋转。在绝对圆柱坐标系里看叶轮内的流体流动,既包括有流体相对于动叶轮的运动,也有叶轮以角速度X作旋转的运动;而在相对圆柱坐标系里来看叶轮内的流体流动,就只有流体相对于叶轮的相对流动。

　　1.2　圆柱坐标系下的基本方程组

　　根据液力变矩器的特点,采用相对圆柱坐标系基本方程组描述其内部流动[3]。

式中W——相对速度,其下标代表3个速度分量

　　F——质量力,其下标代表3个质量分量

　　p——压力　　

——粘性系数

　　Q——工作液体密度

　　2　液力变矩器三维流场仿真计算

　　在稳态交互面技术基础上,建立了YJ380型液力变矩器模型,并抽取泵轮和涡轮以及导轮的流道,分别将其形成实体。利用计算流体动力学方法,按照质量和动量两个守恒性质对液力变矩器各叶轮流道内的三维流场进行仿真计算,建模分析计算流程如图1所示。

　　2.1　模型的建立

　　建立的YJ380型液力变矩器模型,包括泵轮、涡轮、导轮,如图2所示。

　　根据已建立的变矩器模型,将其流道抽出,并形成实体,从而形成流道的几何模型,如图3所示。

　　2.2　仿真计算模型的网格划分

　　有限元法[4]的单元形状主要有:四节点四面体或八节点六面体及其变形形状(如:楔形网格和金字塔形网格等),本文采用这几种网格形式的综合,对YJ380型液力变矩器的流道进行网格划分,流道网格模型如图4所示。