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.     

导叶可调式液力变矩器导轮特性研究

液力变矩器内部流动复杂,是非定常、不可压缩、三维、黏性流体的流动.可调式液力变矩器在三元件变矩器基础上增加可调导轮.在可调式液力变矩器可调导轮导叶存在多个开度的基础上,建立不同开度下的变矩器全流道模型;采用分离式求解器、SIMPLE算法及大涡模拟湍流模型对变矩器内部流动进行数值模拟.基于变矩器内部流场数值模拟结果,分析其流动特性,研究导轮的工作特性,得到固定导轮与可调导轮的作用,可为可调式液力变矩器性能改善和导叶的设计提供参考.     

基于主效应分析的变矩器叶片角变量空间优化

液力变矩器叶片设计变量空间大,轮系间强流固耦合,使得优化解析时间冗长,难以实现基于变矩器叶片角变量空间的工程设计.为此,以双涡轮液力变矩器为研究对象,实现了基于液力变矩器叶片角主效应分析的设计变量空间优化.在通过台架实验数据确认变矩器流固耦合仿真结果正确的基础上,以其轮系8个叶片角为设计变量空间,采用最优拉丁超立方设计仿真试验,实现双涡轮液力变矩器性能仿真;以提高变矩器综合性能(效率、变矩比及启动力矩)为目的,以双涡轮液力变矩器性能与设计变量空间的主效应图为基础,构造其响应面函数并优化,获得8个叶片角对变矩器性能的影响水平.优化结果表明:以低速比区最高效率为主要评价指标,泵轮入口角、第1涡轮出口角、导轮入口角、导轮出口角4个叶片角变量对变矩器性能的影响显著,其他叶片角影响较小或基本无影响.文中提出的方法对于同类产品的定制化及其快速化工程设计具有参考价值.     

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.     

导叶可调式液力变矩器流场模拟与PTV验证

为研究导叶可调式液力变矩器的内部流动特性,以循环圆直径为320 mm导叶可调式液力变矩器作为研究对象.采用计算流体动力学(CFD)方法对其不同开度、不同工况下的内部流动状态进行数值模拟,并对相应的透明模型进行粒子跟踪测速(PTV)试验验证.同一开度下,随着转速比的增加,可调导轮内部液流速度增加,液流方向与叶片进口方向的夹角增大;在制动工况时,叶片工作面有漩涡现象,而空载工况时,叶片非工作面有漩涡产生.对比试验与数值模拟内流场结果,发现后者可以比较准确地预测导叶可调式液力变矩器的内部流动特性.该结论为研究导叶可调式液力变矩器内部流动状态,预测外特性及其设计优化提供了方法和依据.     

工程车辆发动机与液力变矩器匹配优化设计

为研究工程车辆发动机与液力变矩器之间的匹配对其动力性能和经济性能的影响,首先对工程车辆工作的不同工况进行分析,建立两种最高功率扭矩点位不同的发动机与液力变矩器的共同工作输入和输出特性的数学模型,并进行分析,优化计算方法;然后以工程车辆的动力性为目标,建立以液力变矩器有效直径为设计变量的发动机与液力变矩器匹配的优化模型,使用MATLAB进行实例计算,结果表明,优化后工程车辆发动机与液力变矩器的功率匹配在动力性方面提高了3.5％,燃油经济性方面则降低了3.1％。     

基于典型工况液力变矩器匹配性能的优化

针对目前发动机与液力变矩器匹配方式存在的不足,为合理优化液力变矩器与发动机的匹配性能,测试装载机典型工况下工作系统的载荷情况,并对测试数据进行处理,得到V型铲装工况下全功率匹配和部分功率匹配实际消耗的转矩。以灰色关联度为基础建立液力变矩器与发动机匹配的多目标优化模型,根据处理后的试验数据对某ZL50装载机的液力变矩器有效循环圆直径进行优化,优化后整体匹配性能提高3.8%。研究结果表明:基于典型工况的优化方法能够提高发动机与液力变矩器的匹配性能,可以为液力变矩器的优化设计和合理匹配提供参考。     

液力变矩器耦合及倒拖工况仿真优化方法研究

着眼于液力变矩器在耦合工况之后乃至倒拖工况的仿真计算分析方法研究,以改变在液力变矩器传统的仿真计算中耦合点之后的液力性能计算并不能被很好呈现的缺点,通过CFD(computational fluid dynamics)及最小二乘拟合的方式加入了导轮在耦合工况内的影响,对液力变矩器企业开发过程有着现实意义.     

采用代理模型的液力变矩器性能优化设计

为解决液力变矩器性能与叶片形态变量间的复杂映射问题,提高设计效率与精度,提出了采用代理模型取代三维流体计算方法,并结合寻优算法对液力变矩器的性能进行优化设计的方案。首先,在标定基于CFD仿真的液力变矩器性能响应结果前提下,利用正交设计方法,获得液力变矩器性能的大自由度仿真试验数据;然后,分别设计响应面以及神经网络2种代理模型,获取变矩器叶片角变量与其性能的映射关系,比较分析其建模效率和精度;最后,以某型号双涡轮液力变矩器启动变矩比及低速比区最高效率最大化为设计目标,分别通过2种代理模型应用NSGA-Ⅱ算法获取优化方案。仿真结果表明:在同一试验数据下,响应面模型的建模效率较高,神经网络模型的变量设计空间外延性较好;采用神经网络模型优化得到的液力变矩器模型与依照出厂参数设计的液力变矩器模型相比,其启动变矩比及低速比区最高效率分别提高了14.27%和10.24%,与采用响应面模型优化得到的液力变矩器模型相比分别提高了4.36%和1.53%。     

液力变矩器叶栅环向匀加速环量分配方法

为改进液力变矩器叶栅设计的等环量分配法,提出了环向匀加速环量分配方法.将液力变矩器内部流体质点的运动分解为轴面运动和环向运动,并基于动量矩方程和速度环量表达式推导出叶片环向分力的表达式,进而得到速度环量分配与束流环向加速形式的关系.在确保束流环向加速过程稳定的前提下得到了环向匀加速环量分配方案,并与等环量分配方案进行对比分析.应用计算流体力学对采用这两种方案设计的叶片液力变矩器进行性能预测,结果验证了文中提出的环向匀加速环量分配方法的有效性.