[发明专利]一种针对泵轮可调式液力变矩器的多目标优化设计方法

说明书

本发明提出一种针对泵轮可调式液力变矩器的多目标优化设计方法，包括确定自变量及其取值范围；确定自变量的水平数；建立叶轮和流道模型，对同一开度下不同转速比工况开展CFD模拟计算；根据CFD计算结果提取出性能参数；根据不同工况下提取的性能参数构建响应面；根据优化目标对响应面上各点选择优化算法进行求解，获得候选点；根据候选点信息对各级叶轮进行参数化建模并对流场开展CFD模拟计算，提取性能参数并以此计算优化目标函数，判断其是否满足优化目标，若满足则输出各自变量的取值并完成优化，若不满足则更改自变量取值范围并重复步骤1后其他步骤。本发明提高了泵轮可调式液力变矩器低负荷下的效率进而扩大了其高效运行范围。

技术领域

本发明属于液力变矩器技术领域，特别是涉及一种针对泵轮可调式液力变矩器的多目标优化设计方法。

背景技术

液力变矩器是一种利用流体通过各级叶轮循环流动而传递功率的封闭的旋转机械。各级叶轮为重要工作部件，包括泵轮、涡轮和导轮，其中泵轮将原动机的机械能转化为工作流体的能量，高速高压的流体冲击涡轮对外做功，导轮用于调整流体流动方向。液力变矩器具有寿命长、过载保护、无级变速、负载平稳启动、对工作环境要求不高等特点，适用于高速、大功率的动力传输场合(在高速、大功率应用场合，电力传动装置的结构复杂，造价昂贵，而且需要有良好的工作环境，对电力电子元件的耐压性要求高)。目前已应用于车辆传动系统、重型工程机械和风力发电机传动系统等工业应用场合。

随着计算机技术的发展，计算流体力学(CFD)技术已成为当前液力变矩器设计的主要方法。它利用计算机做复杂的三维流动计算，更为直观的获得其内部流动规律，并以此为依据来对早期的液力变矩器叶栅系统进行优化改型，使液力变矩器的性能得以改善。Shin等通过计算流体力学数值模拟技术研究了液力变矩器内部流场，观察了液力变矩器内二次流动的形成与发展，并提出，可以通过CFD技术对液力变矩器的各个叶轮的叶型进行优化，最终设计出性能优良的液力变矩器。Dong等在CFD对液力变矩器内流场分析计算的结果中分析得出，提高液力变矩器的性能可以通过优化导轮实现。Abe等利用CFD技术对循环圆结构和导轮叶片进行了优化，在扁平化的同时保持了液力变矩器的性能，并指出过小的扁平率会导致泵轮进口损失增加进而使得液力变矩器的效率下降。葛安林、王健采用CFD技术针对液力变矩器的叶片角度及厚度分布等进行了优化设计，结果显示液力变矩器的效率有所提升，但在启动工况下的变矩系数有所下降。石祥钟、孟燕等针对YJSW315型双涡轮液力变矩器，一、二级涡轮进口流态较差的问题，利用CFD技术对内部流场进行了数值分析。通过对泵轮叶片出口和第一级涡轮数量、厚度的修改。使改型后的液力变矩器启动性能和效率均有所提高。哈尔滨工业大学的周吉采用CFD技术在低转速比NY5基型双涡轮液力变矩器的基础上对其进行了优化和改造，使其效率从75％提高到了82.2％。并加大了其高效区范围。由以上研究工作可知，当前采用CFD对液力变矩器进行优化设计主要依据计算得到的各叶轮内的相对流线图，为了达到改善流场特性的目的，从而对各级叶轮的几何尺寸和安装参数进行修改。该优化方法容易引入人为因素，缺乏定量参数作为优化目标，因而随机性较大；此外，这种优化方法不能兼顾液力变矩器低负荷下的效率，有一定的局限性。