大功率电控闭锁型液力变矩器的设计1液力变矩器设计目标液力变矩器是一种复杂的叶轮机械，液体在其工作轮流道中的流动是粘性、不可压缩的三维不稳定流动，流场特性复杂，给性能预测分析和设计带来极大的难度。传统的设计方法是建立在一维束流理论基础上，将三维流动简化为一维，不能反映其内部真实的三维流动状况，是基于经验及大量外特性实验的暗箱开环设计，每开发一款产品都要经过样机试制-实验-经验改进-再试制的循环过程，该过程占据整个设计开发周期的80%以上，且产品性能无法保证达优。因此项目研究力求创新，采用过试验分析和数值计算两种主要手段来加深对液力变矩器内流场特性的认识，进而完善和改进设计方法，开发高性能液力变矩器产品。液力变矩器的设计流程如图1所示。首先根据设计要求确定液力变矩器的关键参数(如失速变矩比、失速工况的公称转矩、最高效率和循环圆有效直径等)；然后根据变动量矩分配法进行叶片设计，并建立三维模型；最后抽取液力变矩器的流道计算模型，并用网格划分软件划分网格，选取合适的CFD算法预测其性能，如不满意，则根据掌握的规律，制定参数调整方案，重新设计叶片。图1.1液力变矩器设计流程根据设计流程，主要设计目标为（下划线部分为待完成）：(1)根据特大功率动力总成计算要求，初选发动机参数，然后确定大功率电控闭锁型液力变矩器循环圆有效直径并设计循环圆，采用动量矩不等分配法环量设计变矩器叶片并建立叶轮和叶片三维模型。(2)应用CFD软件(FLUENT或STAR-CD)进行液力变矩器三维流动分析。(3)基于液力变矩器三维流场数值解计算各叶轮转矩，预测理论原始特性。(4)以最高效率和高效区范围为目标，以泵轮转矩系数和变矩比等参数为约束条件优化叶栅系统。(5)利用LDA(激光多普勒测速仪)和PIV(激光粒子跟踪测速仪)对液力变矩器三维流场进行实验研究，为进一步提高液力变矩器性能提供必要的依据。2大功率液力变矩器动量矩不等分分配叶片设计环量分配法是液力变矩器叶片设计的主要方法之一，环量分配的规律决定着叶片的形状，因此，尽管叶片进出口角等基本参数相同，若采用不同的分配方法也会生成不同的叶形，从而引起性能的变化。传统等环量分配叶片设计法的理论基础是束流理论，在选定的设计速比下，循环圆平面中间流线上每增加相同的弧长，液流沿叶片中间流线应增加相同的动量矩，而实际情况该动量矩是非均匀的。为解决上述问题对环量分配规矩进行了研究。（1）泵轮采用环量等分配方案对于变矩器的效率和变矩比都是不利的，但它可以获得较小的容量系数，容量系数小意味着可以匹配更大转矩的发动机；变环量分配采用前部加载方案（即叶片前半部分动量矩变化较大，叶片承受的转矩大，如情况相反即为后部加载）可以获得较高的最高效率和起动变矩比，容量系数较大；采用后部加载方案可以获得较高的效率性能。（2）涡轮采用前部加载方案可以获得较高的效率性能，但起动变矩比较低；采用环量等分配方案可以获得较高的效率性能和起动变矩比；采用后部加载方案可使得起动工况容量系数降低，但效率性能也下降比较明显。（3）导轮采用前部加载可获得较高的效率性能，容量系数也较大；采用环量等分配方案时效率性能和变矩比均很低；采用后部加载方案时可获得较高的效率性能和较大的起动变矩比，同时起动工况容量系数也较低。综上叶片环量分配规律分析，可得到如下结论。（1）要提高效率性能可对泵轮采用后部加载方案，对涡轮采用前部加载方案，对导轮采用前部加载方案。（2）要降低容量系数可对泵轮采用环量等分配方案，对涡轮采用后部加载方案，对导轮采用后部加载方案。（3）要提高起动变矩比可对泵轮采用前部加载方案，对涡轮采用后部加载方案，对导轮采用后部加载方案。需要指出的是，由于液力变矩器的性能受到各个元件之间相互作用的影响，实际设计中，要想获得最优的变矩器性能，仅仅进行单个叶轮的不同方案对比是不够的，必须综合研究多种组合。选取环量基于二次函数分配的新方法进行叶片设计。计算叶轮过流断面面积变化情况，利用CFD软件计算变矩器三维流场和性能，综合考虑液力变矩器效率、泵轮容量系数C、变矩比K等参数，选取各个叶轮的...
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