陳 祥

（華域動(dòng)力總成部件系統(tǒng)（上海）有限公司，上海 201799）

葉片偏轉(zhuǎn)角是液力變矩器重要的設(shè)計(jì)參數(shù)，由于各種假設(shè)，在一維束流理論中該設(shè)計(jì)參數(shù)無(wú)法得到體現(xiàn)，只能基于三維流動(dòng)理論進(jìn)行研究。各葉輪葉片偏轉(zhuǎn)角對(duì)液力變矩器性能均有較大影響，而目前已發(fā)表文獻(xiàn)中對(duì)葉片偏轉(zhuǎn)角的研究較少。本文分別對(duì)泵輪、渦輪和導(dǎo)輪葉片偏轉(zhuǎn)角對(duì)性能的影響規(guī)律進(jìn)行研究，為液力變矩器改型設(shè)計(jì)和液力變矩器性能優(yōu)化提供了理論指導(dǎo)。

1 流道模型構(gòu)建及試驗(yàn)驗(yàn)證

1.1 流道模型構(gòu)建

為了提高流場(chǎng)仿真計(jì)算效率，構(gòu)建了液力變矩器單流道模型，如圖1 所示。

1.2 流場(chǎng)仿真和試驗(yàn)驗(yàn)證

對(duì)液力變矩器內(nèi)流場(chǎng)進(jìn)行穩(wěn)態(tài)流場(chǎng)仿真計(jì)算，湍流模型采用SSTk-w模型，對(duì)流擴(kuò)散項(xiàng)離散格式采用二階迎風(fēng)，不同流場(chǎng)區(qū)域耦合采用混合面模型，液力傳動(dòng)油的密度取850 kg/m3，動(dòng)力黏度取0.005 Pa·s。保持泵輪轉(zhuǎn)速2 000 r/min 不變，改變渦輪轉(zhuǎn)速分別計(jì)算0~0.9 不同速比下液力變矩器的液力性能。圖2 為仿真計(jì)算與試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比結(jié)果。由圖2 可以發(fā)現(xiàn)，仿真計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)在低速比時(shí)有一定的誤差，中高速比時(shí)偏差較小，在文獻(xiàn)[1]中也得到類似結(jié)果。這是由于在低速比工況下，液力變矩器流場(chǎng)分離流動(dòng)劇烈，流場(chǎng)高度復(fù)雜，增加了數(shù)值計(jì)算的難度和精度；另一方面是仿真計(jì)算時(shí)未考慮內(nèi)環(huán)泄露，而低速比時(shí)內(nèi)環(huán)泄漏量較大，會(huì)造成較大的偏差。此外，在低速比下，導(dǎo)輪入口沖擊角很大，在導(dǎo)輪的吸力面上壓力下降很快，當(dāng)達(dá)到工作介質(zhì)氣化壓力臨界點(diǎn)時(shí)，將發(fā)生氣化現(xiàn)象[2]。氣化現(xiàn)象產(chǎn)生的氣泡在導(dǎo)輪內(nèi)阻塞流動(dòng)，使導(dǎo)輪流量急劇降低，泵輪轉(zhuǎn)矩和變矩比均略有下降。因此,可以認(rèn)為液力變矩器流場(chǎng)仿真計(jì)算的結(jié)果是可信的，驗(yàn)證了三維流場(chǎng)仿真計(jì)算策略的正確性。

2 葉片偏轉(zhuǎn)角對(duì)液力性能的影響

2.1 不同葉片偏轉(zhuǎn)角的葉型對(duì)比

本文中定義泵輪葉片偏轉(zhuǎn)角為泵輪葉片內(nèi)環(huán)出口端相對(duì)于外環(huán)出口端沿旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的角度，與泵輪旋轉(zhuǎn)方向同向?yàn)檎较?，反向?yàn)樨?fù)方向；渦輪葉片偏轉(zhuǎn)角定義為在入口端渦輪葉片內(nèi)環(huán)相對(duì)于外環(huán)沿旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的角度，與渦輪旋轉(zhuǎn)方向同向?yàn)檎较?，反向?yàn)樨?fù)方向；而導(dǎo)輪葉片偏轉(zhuǎn)角定義為在入口端導(dǎo)輪葉片外環(huán)相對(duì)于內(nèi)環(huán)沿旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的角度，與單向離合器起作用時(shí)導(dǎo)輪旋轉(zhuǎn)方向同向?yàn)檎较?，反向?yàn)樨?fù)方向。限定各葉輪葉片偏轉(zhuǎn)角研究范圍為［-4°,4°］，改變不同葉輪葉片偏轉(zhuǎn)角，分別取設(shè)計(jì)參數(shù)范圍最小值、中間值和最大值，更新葉片葉型，各葉輪不同偏轉(zhuǎn)角葉片葉型對(duì)比結(jié)果如圖3 所示。

2.2 各葉輪葉片偏轉(zhuǎn)角對(duì)液力性能的影響

研究各葉輪不同葉片偏轉(zhuǎn)角對(duì)液力變矩器液力性能的影響規(guī)律。保持其他設(shè)計(jì)參數(shù)不變，改變?nèi)~片偏轉(zhuǎn)角的數(shù)值，更新模型，分別劃分網(wǎng)格，建立流場(chǎng)仿真計(jì)算模型，應(yīng)用同樣的流場(chǎng)仿真策略，進(jìn)行三維流場(chǎng)仿真計(jì)算。首先研究失速泵輪轉(zhuǎn)矩系數(shù)隨葉片偏轉(zhuǎn)角的變化規(guī)律，仿真計(jì)算結(jié)果如圖4 所示。

由圖4 可知，不同葉輪葉片偏轉(zhuǎn)角對(duì)液力變矩器失速泵輪轉(zhuǎn)矩系數(shù)的影響有所區(qū)別，隨著泵輪葉片偏轉(zhuǎn)角的增大，失速泵輪轉(zhuǎn)矩系數(shù)先增大后減??；隨著渦輪葉片偏轉(zhuǎn)角的增大，失速泵輪轉(zhuǎn)矩系數(shù)逐漸增大；而隨著導(dǎo)輪葉片偏轉(zhuǎn)角的增大，失速泵輪轉(zhuǎn)矩系數(shù)先減小后略有增大。

同樣方法研究各葉輪葉片偏轉(zhuǎn)角對(duì)失速變矩比和最大效率的影響，仿真計(jì)算結(jié)果如圖5 和圖6 所示。由圖5 和圖6 可知，隨著泵輪葉片偏轉(zhuǎn)角的增大，液力變矩器失速變矩比先減小后趨于平緩，而最大效率先增大后減小，但影響程度相對(duì)較?。浑S著渦輪葉片偏轉(zhuǎn)角的增大，失速變矩比和最大效率均趨于降低；隨著導(dǎo)輪葉片偏轉(zhuǎn)角的增大，失速變矩比先增大后減小，而最大效率整體有增大的趨勢(shì)，但增大幅度相對(duì)有限。

3 結(jié) 論

3.1 構(gòu)建了液力變矩器單流道模型，并進(jìn)行了三維流場(chǎng)計(jì)算，與試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比結(jié)果說(shuō)明了仿真策略的正確性。

3.2 研究了各葉輪葉片偏轉(zhuǎn)角對(duì)液力變矩器液力性能的影響規(guī)律。結(jié)果顯示，各葉輪葉片偏轉(zhuǎn)角對(duì)液力變矩器性能均有較大影響，隨著泵輪葉片偏轉(zhuǎn)角的增大，失速泵輪轉(zhuǎn)矩系數(shù)和最大效率趨于增大，而失速變矩比趨于減?。浑S著渦輪葉片偏轉(zhuǎn)角的增大，失速泵輪轉(zhuǎn)矩系數(shù)單調(diào)增加，而失速變矩比和最大效率趨于減??；隨著導(dǎo)輪葉片偏轉(zhuǎn)角的增大，失速泵輪轉(zhuǎn)矩系數(shù)趨于減小，最大效率趨于增大，而失速變矩比先增大后減小。本文研究結(jié)論為液力變矩器改型和性能優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了重要的理論參考。