现代设计方法在液力变矩器叶片设计中的应用研究.doc

现代设计方法在液力变矩器叶片设计中的 应用研究 许睿 （鼎盛天工工程机械股份有限公司，天津 300384） 摘 要：本文从实际生产需要出发，提出了一种液力变矩器叶片的现代设计方法。该方法有机结合了修正能头损失的束流理论、叶片的三维成型法以及流场数值模拟技术，大大提高了叶片的设计精度和设计效率。 关键词：现代设计方法；叶片设计；数值模拟 中图分类号： 文章标识码： 文章编号： Research on the Applications of Modern Design Method in the blades design of Torque Converter XU Rui DINGSHENG TIANGONG CONSTRUCTION MACHINERY CO., LTD., Tianjin 300384, China Abstract: According to the practical requirements of production, a kind of modern design method for blade system of torque converter is raised in this paper. It combines the beam current theory which amends head loss, three-dimension formation method and the technology of numerical stimulation of flow field, which can improve the accuracy and efficiency of blade design greatly. Key Word: Modern Design; Blade design; Numerical simulation 1 引言 在CAD、CFD技术高速发展的今天，现代设计方法正逐步代替传统设计方法成为液力变矩器设计的主要方法[1]。现代设计方法不仅提高了液力变矩器的设计精度，而且可以节省大量试制和试验成本，无论是在新产品的开发还是现有产品的优化中都发挥了重要作用。因此，加强现代设计方法的使用研究对于减少产品的设计周期，增强产品的市场竞争力有着重要意义。 2 现代设计方法在变矩器中的应用 本文所研究的液力变矩器叶片的现代设计方法是将CAD和CFD技术有机结合起来，借助CAD技术强大的三维造型功能及CFD强效的流场模拟效果，建立一套方便、有效的液力变矩器设计方法。具体设计流程如图1所示： 参数选择是叶片三维成型的基础，本文在修正能头的束流理论基础上进行参数选择，运用CAD技术生成叶型三维模型，然后进行CFD内流场的数值模拟，根据模拟结果判断参数选择是否合理。如果CFD数值模拟结果显示的特性符合预期要求，则进行试验对比，否则参考模拟结果调整参数，这样就使大部分的设计环节都由计算机来完成。 图1变矩器叶片的现代设计方法流程图 3 参数化叶片CAD设计 3.1 修正能头的束流理论 现代设计方法要求对叶型进行参数化设计，以确保对叶型实施更加简单有效的调控，从而提高设计精度。其中参数的选择要求设计者具备一定的经验，在一定的理论基础上进行。本文参数的选择是建立在修正能头的束流理论的基础上的。 束流理论中的能量平衡方程式： 1 式中，——泵轮能头理论； ——涡轮实际能头； ——总的能头损失。 由欧拉方程： 2 3 束流理论中的能头损失一般分为两类，摩擦损失和冲击损失。 传统设计方法中，将三维流道中的摩擦损失简化为直管中的摩擦损失公式，忽略了循环圆形状对流动摩擦损失的影响，本文采用弯曲管路摩擦损失方程对摩擦损失进行修正，以便更加有效的反应流道曲率变化引起的摩擦损失。以泵轮为例，将泵轮流道近似为弯曲管路，如图2所示： 图2 泵轮流道简化为弯管后的参数模型 此时的摩擦损失表示为[2，3]： （4） 式中，——相对速度，亦称牵连速度。 摩擦损失系数可由公式（5）计算得到： （5） 式中，——离心流道修正系数； ——雷诺数； ——弯管曲率半径； ——弯管中心角； ——弯管直径。 同理可得到涡轮和导轮的摩擦损失。需要注意的有两点： ①各叶轮流道简化为弯管时需要遵守过流面积相等的原则来确定弯管直径； ②弯管曲率半径的选取尽量保证弯管形状与循环圆相似。 冲击损失的计算公式： （6） 式中，——冲击损失系数； ——冲击损失速度。 （7） 公式（7）中标有“*”号的量表示无冲击条件下的速度，未标有“*”号的量表示实际速度，第一个括号内为轴面速度损失，第二个括号内为切向速度损失。在传统束流理论中，轴面速度损失经常被忽略，而实际上循环流量的变化会引起该项的较大变化[4]。 图3 泵轮出入口