[发明专利]一种液力变矩器叶片角优化效果的能量损失评价方法

权利要求书

1.一种液力变矩器叶片角优化效果的能量损失评价方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、通过数值模拟确定可调式液力变矩器低转速比区间内能量损失产生区域；

步骤二、根据一元束流理论建立可调式液力变矩器特性计算模型，得到液力变矩器各特性参数；

步骤三、根据步骤二所得结果，采用小种群遗传算法对叶片角度进行优化；

步骤四、对优化结果进行数值模拟验证；

步骤五、将优化后改型液力变矩器的特性与优化前原型进行对比分析；

步骤六、根据对比分析结果以及观察液力变矩器内能量耗散的分布，确定液力变矩器内能量损失降低的位置；

所述步骤二具体为：所述可调式液力变矩器由泵轮B、涡轮T、固定导论GD和可调导轮KD四部分组成；采用能量平衡方程建立所述可调式液力变矩器特性计算模型：

H_B+H_T-∑H_S＝0

式中H_B为泵轮理论能头，H_T为涡轮理论能头，∑H_S为总损失能头；所述总损失能头包括冲击损失能头、摩擦损失能头和涡轮漩涡损失能头；

计算所得液力变矩器各特性参数均为各叶轮进出口角及泵轮、涡轮转速的函数，其中各转速比效率η_i与泵轮力矩系数λ_Bi为：

式中i为转速比，Q_i为各转速比下液力变矩器循环流量，μ_B为泵轮有限叶片修正系数；r为叶轮进、出口位置旋转半径，β为叶轮进、出口角度，A_m为叶轮进、出口处与轴面速度相垂直的流道截面积，ω为叶轮旋转角速度，g为重力加速度，n_B为泵轮转速，D为液力变矩器有效直径，角标B为泵轮，角标T为涡轮，角标GD为固定导轮，角标KD为可调导轮，角标1表示叶轮进口，角标2表示叶轮出口；

所述步骤三具体为：

选择设计参数：低转速比液力变矩器能量损失出现在涡轮和固定导轮流域，故选择涡轮进口角、固定导轮进口角和固定导轮出口角三个参数作为优化设计的设计参数；

优化目标：为转速比0.1-0.5五个工况下液力变矩器的效率η_0.1-η_0.5，优化目标的评价通过构造线性目标函数来实现，如下式：

Y＝ω₁η_0.1+ω₂η_0.2+ω₃η_0.3+ω₄η_0.4+ω₅η_0.5

式中η_0.1-η_0.5为液力变矩器0.1-0.5转速比工况下的效率；ω₁-ω₅为各转速比效率的权重系数；令ω₁＝ω₂＝ω₃＝ω₄＝ω₅＝1，即相当于取平均效率为优化目标；

约束条件的设置：第一、高转速比区效率，即转速比0.6、0.8、1.0三个工况下液力变矩器效率不能过低；第二、泵轮力矩系数不能过低；

种群个体数设置为40，选取其中50％的个体进行交配，每次生成20个新个体，共进行500次计算，遗传25代；初始种群通过随机采样的方法得到，存档种群大小为500，交配概率0.9，变异概率0.5；

优化结果为涡轮进口角的可行解集中于105°～110°之间，固定导轮进口角的可行解集中于40°～52°之间，固定导轮出口角的可行解集中于115°～122°之间；

所述步骤六包括：所述能量耗散通过熵产率表示，液力变矩器内的熵产由流体黏性和速度梯度引起，将流体黏性和速度梯度引起的熵产分为时均项与脉动项来表示，分别为：

式中μ为有效粘度，为时均温度，分别表示x,y,z方向的时均速度；

对于液力变矩器中的流动，脉动项可简化为：

其中ε为湍动能耗散率；

观察涡轮流域熵产率分布，优化后0.2、0.4与0.6转速比时涡轮进口处熵产率均有所降低，确定涡轮进口处为能量损失降低的位置；观察可调导轮叶片展向处熵产率分布，可调导轮内高熵产率区域主要集中在可调导轮进口处，从固定导轮与可调导轮交界面延伸到叶片前缘，优化后各转速比工况下熵产率均有所降低，确定可调导轮进口处为能量损失降低位置。