基于多目标优化的液力变矩器叶形角度设计

为解决液力变矩器性能优化过程中单一目标优化不能满足实际需求的问题,首先利用一维束流理论对该型号液力变矩器进行特性计算,计算结果与试验结果较为一致.在此基础上,以最高效率、起动变矩比和最大泵轮扭矩系数为目标建立多目标优化模型.利用Matlab与ISIGHT的集成优化,组成以一维束流计算程序为核心的解算器,以叶片入出口角为优化参数,采用变导轮和定导轮两种优化方案,并利用基于存档的小种群遗传算法(AMGA)对该液力变矩器的性能进行优化,获取多目标优化下的非劣解.结果表明:优化后的液力变矩器性能比原型有所提高,同时也可以满足不同应用条件下车辆液力变矩器的性能要求,验证了这种方法的有效性.     

液力变矩-减速装置制动特性流场分析

为准确获取液力变矩-减速装置的制动特性,建立了某型液力变矩-减速装置制动工况下各叶轮及辅助液力减速器流道模型。运用CFD技术分析了液力变矩-减速装置泵轮、涡轮闭锁状态下在1000~2000 r/min转速时的各叶轮及辅助液力减速器流道内部速度流线、压力场分布特点,并进行了制动特性仿真计算。仿真结果与实验结果对比计算误差在10%以内,表明仿真方法和仿真模型准确、可靠。     

面向液力变矩器负载的泵轮动态转矩估计模型

为解决传统液力变矩器泵轮转矩静态模型与其实际载荷特征的非关联性问题,实现液力变矩器在初始配置设计中与发动机的动态性能匹配,提出面向液力变矩器负载特征的泵轮动态转矩估计模型.在对现有液力变矩器模型分析的基础上,得出一元束流理论模型比质量弹簧阻尼系统模型更全面,其泵轮动态转矩考虑了液力变矩器的载荷特征,以此提出液力变矩器泵轮转矩模型的载荷波动项概念;通过基于控制变量法的载荷波动项解析,与全面流体动力学仿真试验结果的比较,证明了面向液力变矩器负载特征的泵轮动态转矩估计模型的有效性.该模型对液力变矩器在关联整机载荷特征的动态初始配置设计中具有较好的指导作用.     

基于DOE及RSM的液力变矩器叶片数对性能的影响及优化

为解决一维束流理论难以有效地对液力变矩器叶片数进行优化的问题,建立液力变矩器三维流动设计分析平台,利用实验设计方法,研究了各叶片数对液力变矩器性能的影响,并在响应曲面基础上对叶片数进行了优化.结果表明,泵轮、涡轮叶片数对最高效率和起动转矩比有较大影响,泵轮、导轮叶片数对泵轮扭矩系数有较大影响.优化后,液力变矩器各性能指标均有提高.     

乘用车液力变矩器研究现状与趋势

首先,概述了液力变矩器研发与应用中出现的新趋势.阐述了液力变矩器内流场测量与仿真计算、性能优化与关键结构参数分析以及液力性能预测计算等研究领域的研究概况.展示了液力变矩器相关研究领域的最新研究成果,主要包括:基于非均匀有理B样条的液力变矩器叶栅系统参数化建模方法,运用计算流体力学数值计算结果改进一元束流性能预测模型,基于格子Boltzmann方法的叶轮内流场仿真技术.最后,结合上述研究成果,讨论并展望了液力变矩器叶栅系统设计与分析自动化集成技术的实现方向.     

基于计算流体力学的循环圆设计参数对液力变矩器的性能影响预测

为了提高改型设计效率,建立了液力变矩器参数化流道模型并进行三维流场仿真计算,与试验数据对比结果验证了参数化模型的可靠性。在此基础上,分别研究了相对截面积、扁平率、循环圆径向比和进出口半径等循环圆设计参数对液力变矩器性能的影响,并对比分析了各设计参数对液力性能的影响程度。结果表明,相对截面积对失速泵轮能容系数影响最大,但对失速变矩比和最大效率影响最小;扁平率、泵轮出口半径和导轮进出口半径对失速变矩比均有较大影响;而泵轮出口半径对最大效率影响最大。研究结果为液力变矩器的优化设计提供了理论参考。     

液力变矩减速装置叶轮空转特性研究

液力变矩减速装置在不同工况下叶轮转速边界条件的确定是建立其CFD计算模型的基础,结合假设利用CFD模型确定了闭锁制动工况下导轮的状态,针对液力变矩减速装置牵引工况和制动工况下的叶轮空转现象,建立了CFD分析模型,应用析因设计与二次多项式拟合相结合的方法进行了叶轮空转转速的快速预测,确定了牵引工况下制动轮空转转速及制动工况下导轮空转转速边界条件,建立了液力变矩减速装置特性预测CFD模型,同时获得了泵轮转速与速比对稳态牵引工况下制动轮空转转速的影响规律,通过台架试验,验证了基于三维流动理论的牵引与制动特性预测仿真结果的准确性.      

考虑泄漏区的液力变矩器流场数值模拟

为研究液力变矩器泄漏区流动损失及其对液力变矩器原始特性的影响,分别建立了带泄漏区与无泄漏区的液力变矩器单流道模型,并进行稳态数值模拟.通过对比仿真结果与试验结果发现:考虑泄漏区时,变矩比和泵轮转矩系数的预测精度分别提高了3.1%和4.6%.仿真结果表明:随着速比的增大,主循环流量与泄漏流量逐渐减小,泄漏流量占液力变矩器主循环流量的4%左右;泄漏区存在明显的二次流现象,旋涡与过流截面的急剧变化导致了泄漏区的损失,且低速比时流动损失更大;相比无泄漏区仿真模型,泄漏区出口液流能够减小泵轮入口处的涡流黏度.     

离心泵做透平的叶片弯曲形状分析

为提高液力透平的效率,设计了前弯和后弯2种叶片弯曲形式的叶轮,利用实验、理论和数值计算相结合的方法对离心泵做透平的水力性能进行了研究.分别对后弯式叶轮泵工况、透平工况和前弯式叶轮液力透平工况3种情况的水力性能进行了分析,得到泵工况和2种液力透平工况下外特性曲线的差别,并分析了液力透平各过流部件内部功率损失分布.研究结果表明:泵作透平的外特性曲线与泵的不同,Q-H曲线随流量增加而逐渐增加;2种叶轮形式的液力透平对比中,前弯形叶轮在最高效率点的流量、扬程、轴功率和效率分别比后弯形叶轮高;前弯形叶轮高效点以及高效点之后的流量效率曲线高于后弯形叶轮的流量效率曲线,流量扬程曲线低于后弯形叶轮的流量扬程曲线,2种形式的叶轮轴功率相差不大.液力透平各过流部件功率损失分布表明,前弯形叶轮内部的功率损失的减小是液力透平效率提高的主要原因;对比2种叶片弯曲形状液力透平的流量和扬程系数可知,前弯式叶轮的流量系数和扬程系数均大于同尺寸后弯式叶轮的,因此前弯叶轮更适合于液力透平工况运行.     

液力缓速器部分充液流场大涡模拟及特性预测

利用CFD平台的大涡模拟法和滑动网格法对液力缓速器内部气液两相流动进行三维瞬态数值模拟,将混合模型与欧拉模型交替运用在其多相流模型中,得到速度场和压力场的分布特性,总结不同充液率下液力缓速器内流场结构的变化及两相体积分布情况.基于流场数值解计算了液力缓速器不同工况下的制动转矩,进而预测其性能,性能预测结果与试验结果吻合较好,误差在8％以内,表明流场计算是较准确的,其结果可用于液力缓速器的设计及其结构优化.     

基于量纲分析的钉盘磨绕流阻力矩模型构建

 利用计算流体力学（CFD）方法、正交试验和量纲分析,研究了钉盘磨齿钉所受绕流阻力矩的数学模型。以钉盘磨主要结构参数、操作参数为试验因素,以两圈齿钉所受绕流阻力矩为试验指标,对钉盘磨进行正交试验,并基于量纲分析将试验数据无量纲化,采用各无量纲参数多项式相乘的形式对数据进行拟合,建立了钉盘磨绕流阻力矩数学模型。实例计算结果显示,在两种工况条件下,该模型所计算的第1、2 圈齿钉的绕流阻力矩与CFD 计算值之间的相对误差分别为9.832%、28.914%和10.321%、5.442%,表明该模型的分析结果满足工程所需精度。     

螺旋桨多种工况敞水性能数值预报

为快速、简便、低成本地获取螺旋桨多种工况下推力系数和转矩系数,根据螺旋桨基本参数,推导并建立空间三维螺旋桨型值点数学模型,并采用Matlab语言进行编程,将计算得到的型值点导入前处理软件,建立光滑的三维螺旋桨模型.以某型AU桨为研究对象,运用计算流体动力学(CFD)方法对其在黏性流场中的正车前进、正车后退、倒车前进及倒车后退4种工况的敞水性能进行数值模拟,给出不同进速系数时的推力系数、转矩系数、桨叶表面压力分布.结果表明,绝大部分计算值与试验值吻合良好,可满足工程应用的要求.     

谐波减速器摩擦特性建模及参数辨识

为提高谐波减速器的机器人关节控制精度,适应其在复杂工况下的使用需求,对谐波减速器摩擦力矩特性进行了研究.通过引入弹流润滑关系、非线性刚度关系和柔轮弹性变形耗散关系模型,建立了速度、负载转矩和温度等参数耦合的谐波减速器摩擦力矩模型.使用遗传算法对SHF-20-80-2UJ型谐波减速器的试验数据进行处理,得到了待辨识参数的识别结果,验证了模型的准确性,摩擦力矩的仿真值与试验值间的最大和平均偏差分别为8.05%, 4.26%;满载且输入转速为2000r/min时,不同温度下摩擦力矩的仿真值与试验值间的最大偏差为1.12%.该模型有效地反映了谐波减速摩擦力矩关于转速、负载转矩和温度变化的非线性关系,测得弹性变形能量损失在空载与满载时分别约占总能量损失的20%, 50%.     

负载力矩对旋转阀转速的影响分析及转速控制研究

旋转阀的转速控制关系到钻井液压力信号的产生。旋转阀负载力矩随旋转角的变化规律是影响转速控制的关键。根据旋转阀转子的受力情况分析了旋转阀负载力矩的组成及影响因素。通过理论分析结合计算流体力学(CFD)仿真分析建立了负载力矩的计算模型。研究表明,旋转阀负载力矩随旋转角呈严重的非线性变化,负载力矩与钻井液流量的平方有关,与钻井液密度呈线性关系,与钻井液黏度无关。负载力矩的非线性特性对旋转阀转速产生严重影响。基于负载力矩的计算模型,采用负载力矩的前馈补偿进行旋转阀转速控制系统的线性化校正,通过转速负反馈形成PID(比例-积分-微分)闭环实现旋转阀转速的快速随动控制。MATLAB/Simulink仿真结果表明,旋转阀转速闭环控制系统具有快速跟随调相脉冲变化的能力;同时对流量测量误差及负载力矩计算模型偏差产生的干扰影响具有较强的抑制作用,可以满足对32 Hz的压力载波进行相移键控(PSK)调制,实现16 bit/s的数据传输速率。     

蜂窝体催化燃烧反应器中流动特性的数值模拟

研究了伴有反应条件下蜂窝体催化反应器的流动性能。建立了包括流动、传热和传质的反应器模型,使用有限体积法求解模型方程组,基于模拟结果分析了进口浓度、进口温度、进口流速、反应活性等操作参数对流动性能的影响,结果表明通道内速度分布仍为抛物线型;对压降的模拟结果与哈根泊谡叶方程的计算结果的比较表明,后者用于反应器压降设计偏差较大,文中分析了产生偏差的主要原因.     

工业机器人功率等效模型与参数辨识

针对工业机器人能耗复杂,动态性强,实时功率难以预测的问题,在对机器人系统中永磁同步电机、伺服驱动器等功能部件能耗分析的基础上,提出了工业机器人功率等效模型.该模型通过高阶多项式建立起机器人损耗功率与电机扭矩、电机角速度的映射关系,其系数通过最小二乘法求解,可以在机器人电机参数未知的条件下进行功率预测.结果表明,基于功率模型的理论计算值和实验测量值的均方根相对误差为8.11％,证明了功率模型和辨识参数的正确性.     

利用模态参数模型研究轮胎稳态侧偏特性

轮胎稳态侧偏特性模型是轮胎力学模型的一个重要组成部分。在静垂直模型基础上利用轮胎的侧向模态参数建立了轮胎稳态侧偏特性模型。对轮胎进行侧向激振试验得到轮胎的侧向模态参数,依据轮胎侧偏时印迹的几何变形及模态参数建模的思想,得到了侧向力分布。并由此推导出侧向力、回正力矩及侧偏刚度和松驰长度的计算表达式。计算在不同摩擦因数下的侧向力和回正力矩,结果与文献中的试验结果定性符合。而将结果转化为量纲为１的形式后与Ｆｉ－ａｌａ和桥石模型比较,结果表明两者拟合较好。     

反推二维格栅气动设计

反推二维格栅气动设计是大涵道比涡扇发动机反推设计技术的一个关键环节。在系统给出反推二维格栅气动设计方法的基础上,进行反推二维格栅多方案关键几何参数设计和数值模拟,采用非结构化网格生成技术,研究反推格栅在稠度为2.00情况下轴向偏距、几何进气角和几何出气角对空气流量、反推力和落后角的影响。结果表明:利用二维CFD可以对格栅关键几何参数进行设计优化以改进初始设计,在空气流量、反推力和落后角的性能平衡中,得出一组较佳的二维格栅设计方案是轴向偏距为0 mm、进气角为45°、出气角为40°。     

水口电站日调节不稳定流数值模拟

用一维不稳定流数学模型模拟枯水期水口电站下游日调节不稳定流。选择Preissmann差分格式,把模型转化为有限差分方程组,并用“双扫描”法求解。依据水文气象资料,确定旁侧入流,用满宁方程反推糙率,并拟合了糙率随水深、流量变化的曲线。电站出流过程线、解放大桥水位过程线分别作为上、下边界条件,局部水头损失考虑了桥墩阻水和淮安分流的影响,在IBM-286机上实现了坝下长约72km河段内,日调节不稳定流的衰减过程的模拟运算。