[发明专利]液力减速器内流场三维PIV测试系统试验装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种液力减速器内流场三维PIV测试系统试验装置及方法。

背景技术

液力减速器作为一种辅助制动装置，已应用于大、中型车辆上。液力减速器主要由壳体、热交换器、定子叶轮、动子叶轮、花键轴、控制器等部件组成。该装置通过动子带动液力旋转并冲击定子，此时定子也会通过液力产生反作用力作用于动子，从而阻碍转子转动，实现无接触制动，是一种高端的缓速器产品。

液力减速器内部流场是复杂的三维流动，由于三维流动理论尚不成熟，不能用来对液力减速器的内部流场进行精确的计算和分析。目前，国内外针对液力减速器性能研究主要是通过计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，简称CFD）数值仿真，对内流场进行研究。但目前使用CFD所进行的流场分析是在诸多简化条件下进行的，所作的稳态假设仅仅反映了元件的静态特性，数值模拟的模型还不够完备，CFD分析仍然局限于正向验证性质的数值模拟，没能成熟应用到液力元件参数优化上。因此，直接针对三维流场的试验分析具有重要的意义，流场测试和数值模拟相辅相成，因而需要设计一套用于液力减速器内流场三维特性测试的试验装置。

发明内容

针对液力减速器及PIV测试技术的特点，为了克服现有技术的不足，本发明旨在提供一种液力减速器内流场三维PIV测试系统试验装置及方法。

一种液力减速器内流场三维PIV测试系统试验装置，它包括可视化液力减速器系统、水循环系统、PIV测试系统；可视化液力减速器系统包括顺次相连的驱动电机、变速箱、气动离合器、惯性飞轮箱、转速扭矩传感器、可视化试验箱、液力减速器，所述的可视化试验箱采用透明材料制成，具有安装液力减速器可视化样机的定轮、动轮、壳体的标准接口，适用水介质，制动器轴由轴承支撑，穿过液力减速器壳体与动轮连接；水循环系统包括顺次相连的储水箱、水泵、压力指示器、减压器、示踪粒子投放器、流量计；PIV测试系统包括圆形导轨、第一CCD相机、第二CCD相机、计算机、双脉冲激光器、同步器，所述的双脉冲激光器所发光源为片光，安装于圆形导轨上，第一CCD相机安装于可视化试验箱顶部，向下拍摄，用于测量内流场弦面信息，第二CCD相机安装于圆形导轨上，可沿导轨转动，保持第二CCD相机的中心轴线与双脉冲激光器片光平面相垂直，用于测量内流场垂直于弦面的任意截面信息。

一种所述的液力减速器内流场三维PIV测试系统试验装置的具体操作方法如下，在对内流场进行三维PIV测量时：

1）调节双脉冲激光器片光，使之平行于流场弦面，调整安装于试验箱顶部的第一CCD相机，使之轴线垂直于弦面，当液力减速器进入制动工况，示踪粒子随水流进入减速器工作腔时，同步器控制所述双脉冲激光器与第一CCD相机同步工作，激光片光照亮流场，第一CCD相机对流场进行拍照记录，利用计算机PIV分析软件对所摄图像进行处理，测量内流场瞬时速度场数据，获取内流场弦面数据；

2）调节双脉冲激光器，使之产生的片光垂直于弦面，调整圆形导轨上的第二CCD相机使之中心轴线与激光器片光平面垂直，双脉冲激光器与第二CCD相机分别位于圆形导轨的两处，激光器片光垂直于弦面，第二CCD相机轴线平行于翼坐标轴，与片光平面垂直，控制双脉冲激光器与第二CCD相机同步工作，激光片光照亮流场，第二CCD相机对流场拍照记录，测量当前截面流场信息；

3）调节双脉冲激光器沿圆形导轨转过一定角度 θ，片光平面仍垂直于弦面，调整第二CCD相机沿圆形导轨相同方向转过相同角度θ，第二CCD相机轴线与激光器片光平面保持垂直，控制双脉冲激光器与第二CCD相机同步工作，激光片光照亮流场，第二CCD相机对流场进行拍照记录，测量内流场垂直于弦面的任意截面信息，所述的第二CCD相机与双脉冲激光器底部均有滑轮，沿圆形导轨滚动，圆形导轨周身标有刻度，便于角度调节。

本发明的有益效果是：

1、可以对液力减速器实际制动工况下内流场全区域内任意截面进行三维PIV测量，获得流速分布等数据，优化减速器液力元件设计。

2、可以方便快速调节激光器与CCD相机，使其片光平面与中心轴线始终保持垂直，保证所测图像清晰准确。

附图说明

图1是液力减速器内流场三维PIV测试系统试验装置三维结构示意图。

图2是外驱动系统结构示意图。

图3是液力减速器剖面示意图。

图4是水循环系统示意图。

图5是液力减速器内流场空间示意图。

图6是圆形导轨调节示意图。