基于CAD-CFD的轎車液力變矩器現(xiàn)代設計分析集成系統(tǒng)的研究.pdf

1、在現(xiàn)代轎車許多部件的功能及效率已趨于極致的今天，作為轎車最重要的部件之一的液力變矩器的設計水平仍具有很大的提升空間?，F(xiàn)代流體動力學數(shù)值分析(CFD)和計算機輔助設計(CAD)為液力變矩器分析和設計提供了嶄新的手段。流場數(shù)值分析為液力變矩器性能改進提供驗證手段與指導方向，自動設計系統(tǒng)應用數(shù)值分析成果快速修改、生成設計范例為流場數(shù)值分析提供幾何模型，經(jīng)過數(shù)值流場分析—結(jié)構(gòu)設計—性能驗證這樣的設計、分析循環(huán)得到的最終產(chǎn)品性能的先進

2、性在設計階段即得以保證，從而大大縮短了傳統(tǒng)的設計—試制—試驗周期，顯著節(jié)省了開發(fā)費用。這種以CAD/CFD軟件為平臺的液力變矩器分析與設計方法體系，既是提高產(chǎn)品開發(fā)能力的有效工具，也是液力變矩器設計計算和生產(chǎn)研制的發(fā)展方向。構(gòu)建這種CAD/CFD集成化的液力變矩器設計分析系統(tǒng)關鍵在于其驗證手段的可靠性和設計方法的先進性。由此，通過對數(shù)值流場深入分析，尋求幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)對流場分布及整體性能的影響，發(fā)展先進設計方法并通過有效手段付

3、諸實施構(gòu)成本文的研究思路及內(nèi)容。首先，應用有限體積法計算了液力變矩器TC229的內(nèi)流場，驗證了所采用模型和計算方法的正確性和可靠性，全面、深入地分析了液力變矩器泵輪、渦輪、導輪的數(shù)值流場。泵輪流場的典型特征為射流-尾流現(xiàn)象以及強烈的二次環(huán)流現(xiàn)象。導輪出口內(nèi)、外環(huán)速度差異以及泵輪進口內(nèi)、外環(huán)面不同的影響，使入口液流在內(nèi)環(huán)壁面處形成繞流及流動分離形成尾流流動，在外環(huán)面形成射流形式的流動。泵輪內(nèi)、外環(huán)和葉片的形狀彎曲，流動壓力梯度

4、誘導作用以及科氏力(Coriolis)綜合作用形成二次流動現(xiàn)象，不同弦面處各因素貢獻不同，因而二次流動形態(tài)也有所變化。渦輪在不同速比下由轉(zhuǎn)動引起的離心力及科氏力和由彎曲引起的離心力是流動狀態(tài)改變的主要因素。流道不同位置的離心力大小不同，流場在不同弦面具有不同的特征。在低速比下，渦輪流道進口段內(nèi)環(huán)吸力面區(qū)域存在明顯的低壓區(qū)。這種大面積的低速低壓尾流流動是低速比下渦輪損失的主要原因。在高速比下，流動在整個流道都相對均勻。導輪流場

5、主要表現(xiàn)為低速比導輪導邊的流動分離、流道內(nèi)的徑向流動、出口尾渦和高速比均勻流動。綜合分析各工作輪液流流動成因，影響各葉輪流場特征的結(jié)構(gòu)因素主要為內(nèi)、外環(huán)面的曲率(也即循環(huán)圓形狀)，各葉輪的進、出口葉片角以及葉片整體形狀(葉片角在進出口之間沿設計流線的分配)。因此在液力變矩器結(jié)構(gòu)設計中對上述各點給予了重點關注。然后，結(jié)合一維束流設計經(jīng)驗，借助知識熔接技術設計了液力變矩器循環(huán)圓，應用逆向設計思想設計了液力變矩器各葉輪葉片，由此

6、構(gòu)成了基于CAD平臺的專門的液力變矩器結(jié)構(gòu)設計系統(tǒng)。由于數(shù)值流場的結(jié)果并沒有指明如何進行結(jié)構(gòu)的設計與改進，因此，如何利用流場分析的信息直接、有效地指導結(jié)構(gòu)設計是系統(tǒng)先進性的關鍵。液力變矩器逆向設計方法建立了葉片面的渦量分布與葉片荷載進而與葉片角之間的關系，應用液力設計參數(shù)而不是純粹的幾何參數(shù)進行設計，保證了壓力場合理分布，抑制了二次流動現(xiàn)象，提高了液力變矩器性能。這種從液力設計參數(shù)出發(fā)的設計思想從設計循環(huán)第一步就保證了設計

7、的先進性。此外，組合不同的液力變矩器結(jié)構(gòu)參數(shù)，經(jīng)過數(shù)值計算分析，比較其性能變化規(guī)律從而得出液力變矩器性能與結(jié)構(gòu)參數(shù)之間帶有普遍意義的相關關系，從正向優(yōu)化的思路完善液力變矩器設計系統(tǒng)，指導最終產(chǎn)品的設計。概括而言，本文研究開發(fā)的集成CAD/CFD的液力變矩器設計分析系統(tǒng)具有先進的理論支撐和切實的實施手段，為液力變矩器研究與開發(fā)提供了理想的工具與手段。關鍵詞：液力變矩器 計算流體動力學(CFD) 計算機輔助設計(CAD) 有限