液力缓速器充液瞬态特性及热管理研究

【摘要】随着我国道路运输条件的不断提高，商用车向着高速和重载的方向发展，这给车辆的制动系统提出了更高要求。常规的摩擦式制动已难以满足高功率商用车的制动需求，装备辅助制动系统必将成为未来发展趋势。液力缓速器是一种性能优越的辅助制动系统，国外早已对其开展研究，技术积累雄厚，产品性能优越，商用车安装率很高。国内对液力缓速器的研究起步较晚，目前研究主要集中在内流场分析、制动扭矩计算、叶栅系统优化和控制方法等，对液力缓速器工作腔内的气液两相流和热负荷研究比较少。基于此，本文从缓速器CFD数值计算建模方法、充油瞬态特性和热管理三个方面对其进行研究，为液力缓速器的设计和在整车上的匹配提供支持。主要研究内容和结论如下：1.液力缓速器分块化建模针对液力缓速器在使用全流道模型来分析流场时边界条件难以确定和存在误差的情况，提出了对液力缓速器进行系统性分块化的建模方法。系统性的模型主要包括转子和定子的工作腔、定子的进出油口、热交换器、油箱、浮子阀机构和进气部件。由于模型较为复杂，采用分区分块的方法，将各个部件分别建立三维模型，使用交界面技术将所有部件连接在一起，进行流场数值计算。液力缓速器的系统性模型与实际工作情况基本相符，在进行流场模拟时，边界条件只有压缩空气的进气压力，不存在其他假设的边界条件，减少了分析误差的引入，提高了模型的实用性和准确性，而且系统性模型能够对液力缓速器的多种工况进行分析，包括充液动态特性、排油过程和热交换过程等。2.液力缓速器充液瞬态特性以泰特尔(Tatid)流型理论对液力缓速器的气液两相流流型判断为依据，选用VOF两相流数值模型，运用瞬态滑移网格技术处理转子与定子之间的相互作用，分析了充液过程中工作腔内空气与油液的气液两相流型和容积变化过程。结果表明，充液过程中，工作腔内的气液两相流根据油液所占工作腔体积可以划分为三种流型：分层光滑流、波浪流和分散气泡流。3.液力缓速器热管理通过工作腔和简化的热交换器CFD模型，确定了液力缓速器散热循环流量与转子转速之间的关系。以此为基础，采用热交换器数学模型与工作腔计算流体力学模型相结合的方法，计算了液力缓速器全冲液工况下进出油口温度，分析了各温度参数随转子转速和冷却水流量的变化规律。在转子高转速时，应减小制动扭矩，使缓速器最大制动功率小于热交换器最大散热功率，防止油液和冷却水温度过高。综上所述，本文对液力缓速器的充液瞬态响应和热管理进行了细致的研究，明确了充液过程中气液两相流的流型和分布规律，建立了液力缓速器全充液工况下热负荷计算的理论公式，为液力缓速器的设计和整车上的匹配提供参考。
【作者】文杰桃；
【导师】雷雨龙；
【作者基本信息】吉林大学，车辆工程，2014，硕士
【关键词】液力缓速器；充液瞬态特性；气液两相流；热管理；数值计算；

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