基于損失分析的變矩器性能提升的設計方法

1.摘要
本文介紹了汽車變矩器的幾何設計參數(shù)與效率（與內(nèi)部流動特性有關(guān)）之間的關(guān)系。以渦輪的葉片偏角和泵輪流道的收縮率為例，分析了每個設計參數(shù)對內(nèi)部流動特性及損失產(chǎn)生的影響。在數(shù)值計算中采用了三維粘性流動分析的方法；損失分析時，采用了由作者自己提出的一種方法；對于近壁面的流動，采用了類似于油膜法的可視化試驗方法。實驗與數(shù)值分析的結(jié)果表明二者的趨勢很好地吻合。
2.符號標記：
E：比能；
e：速比；
N：轉(zhuǎn)速；
P：靜壓力；
：總壓力；
s：子午面上設計線的長度；
T：轉(zhuǎn)矩；
t：轉(zhuǎn)矩比
U：葉片的圓周速度；
V：絕對速度；
W：相對速度；
A：流道斷面面積；
：渦輪的葉片偏角；
：收縮比[=1-( )]；
　　 η：效率；
ρ：密度；
ω：角速度。
下標：
0：泵輪出口半徑或作為比較標準處；
1：泵輪；
2：渦輪；
3：導輪；
c：循環(huán)的；
θ：圓周的；
(i，j)： i=1：泵輪；j=1：入口；
i=2：渦輪；j=2：出口；
i=3：導輪；j=3：任意位置。
上標：
*：無因次的。

3.引言
多年來專家們在研究汽車變矩器的內(nèi)部流動特性方面做過很多嘗試，因為其液力性能對汽車的燃油經(jīng)濟性和動力性有重要的影響。這些研究中，采用了一種試驗方法，即將五孔式的皮托管安裝在變矩器的三個元件之間來估計各元件的效率 。另一種試驗方法使用激光多普勒速度計（LDV）測量導輪和泵輪的流動速度 。盡管如此，測量變矩器內(nèi)部流場仍然很困難，因為它是密封結(jié)構(gòu)，而且各部分葉片的轉(zhuǎn)速不同。
近年來由于計算機和數(shù)值計算方法的突破性進展，計算流體力學（CFD）方法中的納維—斯托克斯方程通過數(shù)值計算得到解決，因此該方法越來越得到廣泛的應用。除了基于合適的假定邊界條件分別對變矩器各元件進行計算外，研究人員還嘗試同時分析三個元件的內(nèi)部流動特性。在到目前為止報道出的成果中，有些詳細解釋了試驗數(shù)據(jù)，考慮了二次流這樣定性的趨勢以及邊界層分離。開始獲得了關(guān)于流動特性的有價值的數(shù)據(jù)。但是，文獻中仍然沒有任何關(guān)于利用數(shù)值計算方法分析真實變矩器的關(guān)鍵設計參數(shù)和綜合液力性能（與內(nèi)部流動特性相關(guān)）之間關(guān)系的報道。