Һ����������ֿ�ת������ҶƬ��ֵ����
������, κ Ρ, ���嶫, �� Ǣ
����������ѧ ��е�복��ѧԺ,���� 100081
ժҪ
�����˵�����Һ�����������Һ��ѭ���еĵ�������,�ڴ˻��������һ����ҶƬ��ֵ���淽�������ø÷��淽��,ֱ�ӻ�ȡ�˸����ֿ�ת�����±������ת�����Ժ�ѭ����������,��ͨ���趨��ص����۲���Ӧ�ĵ��ֿ�תת�١��봫ͳ�����������������������ݽ����˶Ա�,�������:��ҶƬ�����нϸߵķ��澫��,����Ч�����˵��ֿ�ת����ļ�������
�ؼ���: ���崫�������; Һ�������; ����; ��ת����; ��ҶƬ��ֵ����
Simulation method of idling characteristic of hydrodynamic torque converter stator wheel
LIU Shu-cheng, WEI Wei, YAN Qing-dong, ZHOU Qia
School of Mechanical and Vehicular Engineering, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China
Abstract
The flow-guiding effect of the stator wheel in the fluid circulation of the hydrodynamic torque converter was analyzed and a bladeless simulation method was proposed to obtain the torque characteristic and circulation flow performance of the converter under idling condition of the stator wheel. The idling speeds of the stator wheel were monitored at some set monitoring points. The comparison of the results with the traditional simulation resuts and the existing experiment data showed that the proposed bladeless simulation method is characterized by higher simulation accuracy with less computation work of the stator wheel idling simulation.
Keyword: fluid transmission and control; hydrodynamic torque converter; stator wheel; idling characteristics; bladeless simulation

Һ��������dz���Һ������ϵͳ����Ҫ�����������ۺ�ʽҺ�������,�ڽ���ǣ�������µ�ż����������,�䵼�ִ��ڿ�ת״̬,����ǣ������,�����Ҳ���ܳ�������ת�ظı䷽��ķ�������,��ʱ����Ҳ���ڿ�ת״̬��������,���ڱ����ȫ�����Ե��о���չ��,���е��ֿ�ת���Ե��о�����Ҫһ����Ȼ��,��������������ȳ��õ�ǣ������Ҫ����,�Ա������������̨��Ҫ��ϸ�,�ڳ������������¶Ա���������������о�ֻ�ܾ����ڽ�խ���ٱȷ�Χ��,���ҵ��ֿ�תת�ٲ���ֱ�Ӳ���,��˽����ڷ����ֶ��о����ֿ�ת���Ծͳ�Ϊ��Ȼѡ��

�����������������ֵģ�⼼����չѸ��,���ִ�ѧ[1,2]������������ѧ[3]���Ϻ���ͨ��ѧ[4]�ȸ�У���о���Ա���˴����о�,�����������������ǺϺܺ�,ʵ��֤�������������ֵģ�⼼���Ѿ���Ϊ����������о���Ԥ�����������,���������׶��ڱ��������(���߶๤����Һ��Ԫ���Ŀ�ת��)��ת���Ե��о�,һֱ���ô�ͳ����ת�����㷨(������㷨)[5,6]���з���,���趨��ֵ�����㡪�޸ij�ֵ�����㡭��,��η���ֱ������ת�ؽӽ����㡣���㷨�Լ������еĵ���ת�ص�����Ϊ����Ŀ��,�����޸ĵ���ת�ٲ�����,�������Ի�õ��ֿ�ת�ı����ת������,���ҿ��Եõ����ֿ�תת��ֵ,������������Ŀ�϶����˲̬���ʱ,ÿ�������ʱ�ܳ�,��η������㹤���߷�,���ܿ��ٻ����Ӧ�����µı�����������ԡ�

�������ȷ����˵����ڱ��������Һ��ѭ���еĵ�������,�ڴ˻��������һ�ֲ������ڵ��ֿ�תת�ٵķ��淽��������ҶƬ��,���ø÷����ʹ�ͳ����ת�����㷨�Ա�������ֿ�ת���Խ����˷��档

1 �������㷽��

Һ��������ڲ������ɰ���Բ���ѹ����������˶�����,�����ϳ�����Reynoldsƽ����(RANS)���������������˶�,��ReynoldsӦ����Ĵ�����,����CFD����������Boussinesq��������ٶ�,��ReynoldsӦ����ʾ���Ķ��ȵĺ���,��ô�������������Ĺؼ�����ȷ���Ķ��ȡ����IJ��ù����ϴ�����Բ���ѹ������õ�������ģ�ͱ�׼k-��ģ��[7]�������Ķ��ȡ�����̬������,���Ը�����,�����˷���[8]���Ա�ʾΪ

ʽ��:Gk������ƽ���ٶ��ݶ�������Ķ���k�IJ�����;G1����G2��Ϊ���鳣��;��k�������ֱ������Ķ���k�ͺ�ɢ�ʦŶ�Ӧ��Prandtl��;Sk��S�����û������Դ�

�����ǻ�������,����Ʒ�����ֻ�������Է��̺Ͷ����������,�ɱ�ʾΪ[9]

ʽ��:Ϊ�������,���������Է��̦�=1,���ڶ�������Ϊ��ɢϵ��,�����������̦�=0,���ڶ������̦�=��+��t,��Ϊ������,��tΪ�Ķ���;Ϊ�ٶ�����;SΪ����Դ��;��Ϊ����Һ���ܶ�;��Ϊ���ܶ����ӡ�

2 ���ֵ������÷���

��Һ���������,���ڵ��ֵĴ���,���������������ֺ͵�������֮��ƽ�⡣�ڵ��̶ֹ�ʱ,�����������������ͬ��,ʹ���������ش��ڱ�������,�Ӷ�ʵ�ֱ�����á����ֶ�Һ���ĵ�������,���Դ�����(�������ת�����ڵ�ƽ��)������(������ƽ�еĽ���)����������������

��������,��������֡����ֵ��ڡ��⻷һ�𽫹���Һ���޶���ѭ��Բ��,���ڵ����ڡ��⻷�ĵ�������,������������Һ���������ѭ��Բ������������ر��ֹ���ǻ,������һ��ѭ��,��ͼ1��ʾ(ͼ�����ߴ���Һ������,��ͬ)�����۵����ǿ�ת���ǹ̶�,�����ڡ��⻷�����ֵ�������ʼ�մ��ڡ�

��������,���ڵ���ҶƬ�Ĵ���,�����̶ֹ�,���߻�����ҶƬ����ƽ��,��ͼ2��ʾ;�����ֿ�ת,���ת�����ؿɽ���Ϊ��,����ҶƬ��Һ���ĵ���������΢,Һ��������Ϊ�ǰ��ս��뵼��ʱ�ij�ʼ��������,���ս�����ֹ���ǻ��

����֮��,����ҶƬ�����⻷����Թ���Һ�廹�г����Ħ������,��������ֻ���ڵ��̶ֹ�ʱ�Ż�������,���ڵ��ֿ�תʱ,����������Բ�ܷ����Ч��΢����΢,����Ҫ�����ڵ�����Һ�������¿�������ת����Ե��,��������ѭ��Բ�����ϵ������⻷�������������һ���ij����Ħ�����á�

ͼ1 �����������ڵĵ�������Fig.1 Stator��s flow-guiding effect on axial plane
ͼ2 �����������ڵĵ�������Fig.2 Stator��s flow-guiding effect on stream surface
3 ��ҶƬ���淨

���ڵ��ֵ������÷���,�����ֿ�תʱ,����ҶƬ����Һ���ĵ������ÿ��Ժ���,ֻ�������⻷���Һ���ĵ������á���˿��Խ�����ҶƬȥ��,���ҽ�ȥ��ҶƬ�ĵ�������ģ�͹̶�,���������ģ����ͼ3��ʾ��

ͼ4��ʾ���Ǵ�ͳ���㷨ģ��,ͼ3��ͼ4��ʾ����ģ�;��ǰ��ո�������ҶƬ��Ŀ,��ȡһ��ѭ����Ԫ������ģ��,�����ѭ���ԳƱ߽���չ�����������֡����û��ƽ�淨[10]���з���,����ģ��ѡ�ñ�׼k-��ģ�͡��ڱ�������������,���ֺ�����ҶƬ���ڡ��⻷�����޻��Ʊ߽�(No slip wall)����,���Ե����ڡ��⻷�����Һ����ѭ��Բ����ij����Ħ������,�������ڡ��⻷�趨Ϊ���ɻ��Ʊ߽�(Free slip wall),����ͳ���㷨ģ���а��������ڡ��⻷���ڵ����й���������Ϊ�޻��Ʊ߽硣

�����Ǵ�ͳ���㷨������ҶƬ��,����Ҫ�ڱ��֡����ֺ͵��������֮���趨������,������ҶƬ�����ֺ�����������봫ͳ���㷨��ȫ��ͬ,ֻ�е���ȥ����ҶƬ,��������ڲ��Ż���ֲ���,��������-���֡�����-��������򽻽������Ա��������غ㡣

ͼ3 ��ҶƬ��������������ģ��Fig.3 Fluid modal used in bladeless method
ͼ4 ��ͳ���㷨ģ��Fig.4 Fluid modal used in traditional method
4 ����������

�����о�����Ϊij��Ԫ���ۺ�ʽҺ�������,��Чֱ��Ϊ430 mm,���õĹ������ܶ�Ϊ835 kg/m3,������Ϊ0.0102 Pa��s���ڱ��ֺ㶨ת��(2000 r/min)��,����ת�ٰ���ת�ٱ��趨,������ҶƬ��,����ת���趨Ϊ0,�������㷨,����ת����Ҫ����趨����,ֱ������ת��Ϊ�㡣���о��������ת�ٱ�Ϊ0.85���ҿ�ʼ����ż��������,���ֿ�ʼ��ת��

���ڽ�����ȵ���������,Ӧ��ͼ3��ͼ4��ʾ�ķ���ģ��,�ֱ������ҶƬ������ͳ���㷨���ַ��淽����ת�ٱ�Ϊ0.85~1.7�ĸ������ֿ�ת����������˷���,���رȵķ�������ͼ5��ʾ��

ͼ5�и�����ת�ٱȴ�0��1.0�����������Լ����㷨������,�����ʾ��ͳ�����㷨ģ�;��нϸߵķ��澫�ȡ���ת�ٱ�Ϊ1.0�Ժ�(������������,δ�ܸ�������ֵ),���Կ�����ҶƬ�������㷨�ķ������ǺϺܺ�,���߼������С��3%��

ͼ6�����˴�ͳ�����㷨����ҶƬ�����ַ��淽��������ı��ֺ�����ת�ؼ������ĶԱ���������п��Կ�������ҶƬ���ʹ�ͳ�����㷨�õ��ı�������ֺ�����ת��ֵ����һ��,����ҶƬ���õ��ı��ֺ�����ת��ֵ(����ֵ)�Դ������㷨����ֵ,���߼������С��10%��

ͼ7�����������㷨����ҶƬ������õ���ѭ�������ԱȽ��,���п��Կ������ַ����������ѭ����������һ��,����ҶƬ������õ�����ֵ(����ֵ)�����㷨�Ľ����С,�������С��10%,���ֲ������������ҶƬ�������˵���ҶƬ,ʹ�õ��ֹ���ǻ�ļ����ݻ�����,Һ������������ʱ��ѭ�������е������ݻ���ʧ����,��ѭ��������һ���ļ������á�

����ҶƬ���������ѭ������(����ֵ)��С����ת�����㷨,��ת��ֵȴ�Դ�,��������������������������͡�������ת��Ϊ��(��ʱ����ת�غͱ���ת�ػ������),����㹫ʽ[11]Ϊ

ʽ��:MTΪ����Һ��ת��;QΪѭ������(����ʱ�������ֵ����);RB2��RT2Ϊ���ֺ�����ѭ��Բ���ڰ뾶;FB2��FT2Ϊ���ֺ�����ѭ��Բ���ڴ��������ٶ��ഹֱ�����������;��B2����T2Ϊ���ֺ�����ҶƬ���ڽǡ����о�������IJ���ȡֵ����:RB2=0.215 m;RT2=0.039 m;FB2=0.051 m2;FT2=0.051 m2;��B2=65��;��T2=150�㡣

���ݱ�����IJ���,�ڶ�Ӧ���ֿ�ת�ı�����ٱȷ�Χ(0.85<i<1.0��i>1.0)��,���ѵõ�:

������ת�ؾ���ֵ��ѭ����������ֵ�ĵݼ�����,�������ҶƬ���������ѭ����������ֵƫС,��Ȼ���ת��ֵƫ�󡣿ɼ�,��ҶƬ������������뾭���������۵�Ԥ�������

��ҶƬ�����ڱ����˵����ڡ��⻷��ĵ�������,�����˵���ҶƬ�ĵ�������,�������Ҫ�趨����ת��(Ĭ��Ϊ0),Ҳ����Ҫ�����㷨���������޸ĵ���ת�ٽ������㡣��ҶƬ���䲻��ֱ�ӻ�õ��ֵĿ�תת��ֵ,���ڵ��ֿ�תʱת��Ϊ��ļ�����,���ֿ�תת��Ӧ���뵼�ֹ���ǻ�ڲ�����ľ����ٶ���Բ�ܷ���ķ������,Ϊ�˿��Դӵ��ֹ���ǻ����ȡ�д����ԵĿռ����Ϊ��������Բ�ܷ��ٶȵļ�ص�,��Щ�ʵ�ֱ��ΪPoint_A��Point_B��Point_C��Point_D��Point_O,��5�����ڵ��ֹ���ǻ�ڵ�λ����ͼ8��ʾ,ͼ8(a)��ʾ����5����ص��������ڵĶ�Ӧλ��,ͼ8(b)��ʾ����5����ص��������еĶ�Ӧλ�á�

����ҶƬ�������зֱ���ȡ����5����ص������Բ�ܷ��ٶ�,��������ת�ٱȵı仯�����ͼ9��ʾ��ͼ9��S�����������㷨��õĵ���ת��,��֪��ת�ٱ�Ϊ1.0����,��ص�Բ�ܷ��ٶȱ仯����,������ת�ٱ�λ�ñ仯ƽ��������������ת�ٱ�Ϊ1.0����,�����ѭ����������ı�(��ͼ7),����Һ�崦��������ѭ���Ĺ��ɽ׶�,����״̬�����ȶ����¡���ת�ٱ�С��1.1ʱ,λ�ڵ���ҶƬ������ļ�ص�Point_C��Բ���ٶ������㷨�����ӽ�,�����������������������״̬��,��������Լ�����ǻ��������ת�����������뵼��ʵ��ͬ��,��Point_C���ڵ��ֳ���,��Һ����ѭ�����յ�,���徭���뵼�ֵij����������ת�ٶ��뵼��ת����ӽ���

��ת�ٱȴ���1.1���ϽϿ����ת�ٱȷ�Χ��,�ȶ��ķ�ѭ���Ѿ�����,5����ص㴦������Բ�ܷ��ٶ��������㷨�õ���ת��ֵ���Ʊ���һ��,����λ�ڵ����м����ϵļ�ص�Point_O��Բ�ܷ��ٶ��������㷨��õĵ���ת��ֵ�dz��ӽ�,�������ʼ����3%����,��ص�Point_O��Y����(��ͼ8(a))���ٶȷ�������Ϊ0,�������ȶ���ת�ٱȷ�Χ��,����Z�᷽���ת���뵼�ֵĿ�תת����ӽ���

������������,������ҶƬ��ȷ�����ֿ�תת��ʱ,��ǣ��������ż�����׶�(ת�ٱ�0.85~1.0)Ӧȡ���ֳ��ڴ���Point_C��ص����۲⵼��ת��,�ڷ�ת����(ת�ٱȴ���1.0),Ӧȡ�����м���洦�ļ�ص�Point_O���۲⵼��ת�١���������ص�λ��������,����ҶƬ��ȷ�����ĵ���ת����ͼ10��ʾ,ͼ��n������Ӧ����ת��,��׺polyfit���������ݵ������С���˷�����3�ζ���ʽ��ϵ�����,��׺bladeless������ҶƬ���������ͼ10���Կ������ַ���ȷ�����ĵ���ת�ٵ�������߽�Ϊ�ӽ�,�������С��5%��

��ҶƬ��ͨ������ѡ���ص�ķ���ȷ��������ת��,������ת�����о�ʱ,����ֱ�Ӳ��õ��ֹ���ǻ�м���洦Y�ٶȷ���Ϊ��ĵ�(��ͼ8(a)��Point_Oλ��)��Ϊ����ת�ٵļ�ص�,�������Է����ȷ����Ӧ�ĵ���ת�١�

ͼ5 ��ر�Kֵ�ķ�����������Fig.5 Moment ratio results of simulation and experiment
ͼ6 �����ַ���������ı��ֺ�����ת��ֵFig.6 Moment value of pump and turbine wheel
obtained by two methods
ͼ7 �����ַ����������ѭ������ֵFig.7 Circulation flow calculated by two methods
ͼ8 5����ص��λ�ò���Fig.8 Position layout of five monitoring points
ͼ9 ��ص�����ת�������㷨�ĵ���ת�ٶԱ�Fig.9 Comparison between rotation velocity of monitoring
points�� fluid and stator wheel�� speed calculated
by traditional method
ͼ10 ��ҶƬ�������㷨ȷ�����ĵ���ת��ֵFig.10 Stator wheel��s speed calculated by two methods
5 �� ��

(1)ͨ���봫ͳ��ת�����㷨�ķ������Ա�,���Կ������ڶԵ��ֵ������÷����������ҶƬ���淽���Ǻ������еġ���ҶƬ����Ԥ�⵼�ֿ�ת�������Է�����������㷨��ӽ��ķ��澫��,�����跴������,����ʡ�˼���ʱ��͹�����,����һ���Ĺ���ʵ�ü�ֵ��

(2)��ҶƬ���淽����������ֱ��ȷ�����ֿ�תʱ������ı�����ԡ�ѭ����������,���һ�����ͨ���趨��ص������ȷ������ת��,Ϊ�������ת�ֹ��������о��ṩ��һ����˼·��

�����
[1] ������, ������, ��ϲ��. Һ���������ά˲̬��������[J]. ��е����ѧ��, 2010, 46��14��: 161-166.
Liu Chun-bao, Ma Wen-xing, Zhu Xi-lin. 3D transient calculation of internal flow field for hydrodynamic torque converter[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2010, 46��14��: 161-166.
[��������:1] [CJCR: 1.067]
[2] ������, ������, ���. Һ���������������CFD���������[J]. ���ִ�ѧѧ��: ��ѧ��, 2009, 39��15��: 1181-1185.
Liu Chun-bao, Ma Wen-xing, Xu Rui. Calculation and analysis of axial force in hydrodynamic torque converter based on CFD[J]. Journal of Jilin University Engineering and Technology Edition, 2009, 39��5��: 1181-1185.
[��������:1] [CJCR: 0.841]
[3] �����, Ф��, ���嶫, ��. ǣ��-�ƶ���Һ���������������[J]. ���̻�е, 2005��5��: 43-46110.
Xiang Chang-le, Xiao Rong, Yan Qing-dong, et al. An analysis on flow feild in hydraulic converter of drivebrake type[J]. Construction Machinery and Equipment, 2005��5��: 43-46110.
[��������:1] [CJCR: 0.22]
[4] ������. Һ���������ά������ֵ����������Ԥ���о�[D]. �Ϻ�: �Ϻ���ͨ��ѧ, 2009.
Zhang Xi-jie. Research on 3-dimensional flow field numerical simulation and performance prediction of hydrodynamic torque converter[D]. Shanghai: Shanghai Jiao Tong University, 2009. [��������:1]
[5] ��ί. ˫����Һ�������ת�ط��������о�[D]. ����: ���ִ�ѧ��е��ѧ�빤��ѧԺ, 2009.
Cai Wei. Research on the torque distribution characteristies of dual-turbine torque converter[D]. Changchun: College of Mechanical Science and Engineering, Jilin University, 2009. [��������:1]
[6] κΡ, ���嶫, ��Խ. Һ�����-����װ���ƶ�����������ֵģ���о�[C]���й���������ѧ��ԽҰ�������ֻ�2008��ѧ��������ļ�, ����, 2008: 212-215. [��������:1]
[7] Launder B E, Spalding D B. Lectures in Mathmatical Models of Turbulence[M]. New York: Academic Press, 1972. [��������:1]
[8] Fluent Inc. FLUENT Users Guide[M]. New York: Fluent Inc, 2003. [��������:1]
[9] ������. �������嶯��ѧ��������CFD����ԭ����Ӧ��[M]. ����: �廪��ѧ������, 2004. [��������:1]
[10] ��ί, ������, ������, ��. Һ�����������������ֵģ��������[J]. ũҵ��еѧ��, 2007��8��: 11-14.
Cai Wei, Ma Wen-xing, Chu Ya-xu, et al. Numerical simulation and experimental research on flow field in the stator of a torque converter[J]. Transactions of the Chinese Society for Agriculture Machinery, 2007��8��: 11-14.
[��������:1] [CJCR: 1.103]
[11] �쾭��, κ巹�, ֣Ľ��, ��. ����Һ������[M]. ����: ������ҵ������, 1982. [��������:1]