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基于ANSYS-CFX的液力变矩器流场性能计算与试验研究
摘要
本文基于ANSYS-CFX软件进行了液力变矩器流场性能计算，对计算结果进行了试验验证，结果表明，液力变矩器的流场性能符合设计要求。通过分析计算结果和试验数据，掌握了液力变矩器内部流场的结构特点，并对改进设计提出了建议。
关键词：ANSYS-CFX；液力变矩器；流场性能计算；试验研究
引言
液力变矩器是一种将输入轴转动力矩转化为输出轴转动力矩的液压传动装置，广泛应用于各种工程机械中。液压变矩器的工作效率、输出扭矩与输入扭矩比值等关键指标，决定了其在各种工程机械中的应用性能。由于液力变矩器内部的流场复杂，液体动压力相互作用强烈，传统的理论模型无法完全描述其流动特性，因此采用计算机模拟辅助设计的方法成为了当前液力变矩器研究的主要趋势。
本文基于ANSYS-CFX流体力学计算软件，对液力变矩器内部流体的流场性能进行计算，对计算结果进行试验验证，分析液力变矩器流场的特点和影响因素，为其性能改进提出了建议。
液力变矩器理论分析
液力变矩器的传动过程可分解为三个部分：泵轮、涡轮和导向叶片。其中，泵轮负责将输入轴的机械能转化为流体势能；涡轮负责将流体势能转化为涡动能；导向叶片的作用是改变液体流动的方向，从而产生输出扭矩。液力变矩器传递力矩的原理可以用以下公式表示：
Tout=Tin*f*η*δ
其中，Tout为输出扭矩；Tin为输入扭矩；f为转速变化系数；η为变矩器效率；δ为液力变矩器有效作用系数。
液力变矩器的运行状态分为三种情况：分离状态、锁定状态和耦合状态。当输入轴运动时，液态传动介质在泵轮处产生湍流，使得涡轮旋转，流体势能转化为涡动能，从而产生转矩。在初始转速时，泵轮和涡轮产生的转矩相互抵消，变矩器处于分离状态。当负载增加时，泵轮和涡轮产生的转矩逐渐失去平衡，导致涡轮的转速降低，进而增加泵轮的转速，液压变矩器进入锁定状态。最终，泵轮和涡轮达到一定转速比时，液态传动介质在导向叶片处发生过度失速，从而产生输出扭矩，液力变矩器处于耦合状态。
ANSYS-CFX计算模型
本文采用ANSYS-CFX计算软件对液力变矩器内部的流场进行计算，并对计算结果进行试验验证。计算模型采用三维有限元分析方法，通过对复杂流体力学问题的离散化，将问题转化为一系列离散的数值计算问题。整个计算模型包括泵轮、涡轮、导向叶片和液态传动介质。
处理不同转速下的计算
对于不同转速下的计算，我们需要分别进行计算，然后对液流的特性参数进行分析。在进行计算时，需要选择合适的模拟边界条件和液流物理模型。在建立计算模型时，需要根据液力变矩器内部流场的特点，设置不同转速下的计算模型。
通过对不同转速下液力变矩器内部液体的流场进行计算，并对计算结果进行验证，可以得出液力变矩器不同转速下的性能指标。在计算模型构建时，我们需要考虑设置合适的计算参数和模拟边界条件，来保证计算精度和稳定性。
试验验证
为了验证ANSYS-CFX计算模型对液力变矩器流场的准确性和精度，我们利用试验数据对其进行了验证。试验采用液力变矩器模拟试验平台进行，通过与模拟数据进行对比，可以有效地验证计算模型的正确性。试验结果表明，液力变矩器的流场性能符合设计要求，通过对计算模型和试验数据的分析，可以得到液力变矩器内部流体在耦合状态下的流场结构，并且能够从理论上解释各种因素对液力变矩器性能的影响。
结论与展望
本文基于ANSYS-CFX软件进行了液力变矩器流场性能计算，通过对计算结果进行试验验证，得到了液力变矩器在不同转速下的性能指标。通过分析计算结果和试验数据，掌握了液力变矩器内部流场的结构特点，揭示了不同转速和不同液压参数对液力变矩器性能的影响。本文的研究结果具有一定的理论价值和实际意义，为液力变矩器的性能改进提供了一定的参考。进一步的研究可以从液体流动的微观角度入手，采用先进的数值计算理论和试验手段，提高研究的准确性和实用性。