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液力缓速器比热容特性仿真研究

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摘要：为了探究比热容对液力缓速器制动性能的影响，测得了比热容随温度的变化关系，采用CFD的方法对不同比热容下的液力缓速器进行数值模拟。结果表明：其对制动转矩的影响较弱，传动液温度会随比热容增大而减小。

关键词：液力缓速器；比热容；制动力矩

中图分类号：TH137.331文献标志码：A

大型车辆的行车制动器长时间持续制动时会发生热衰退情况，严重时会导致制动失效[1]。需要对其加装辅助制动系统，液力缓速器因体积小、制动力大、寿命长被广泛应用[2]。液力缓速器的转子和定子组成工作腔室，将车辆的动能转化为液体的热能，散发在空气中。液力缓速器的工作过程与热密切相关，当温度发生改变时，液力缓速器传动液的比热容会发生变化，进而影响其制动性能，需对其进行研究。

1比热容的热物理性质1

液力缓速器传动油的比热容在受温度影响时会发生变化，通过实验测得其比热容随温度变化的实验数据如图1。由图1可以知，当温度从20°C到120°C变化时，比热容随着温度的升高而增大，增长的速率先变小后增大，比热容与温度呈现正相关趋势。

2仿真计算

2.1网格划分

液力缓速器传动油在其内部进行复杂的三维流动，对其进行CFD数值模拟时需要遵循质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程[3]。

在进行CFD仿真计算时，前处理占据了大部分时间，通过前处理软件Gambit对其进行网格划分，并采用通用性较强的T/Grid格式，并在缓速器的复杂结构处对网格进行加密处理。

图1比热容与温度的关系

Fig.1Therelationshipbetweenspecificheatcapacityandtemperature

图2液力缓速器流道提取模型

Fig.2Flowpathextractionmodelofhydraulicretarder

2.2条件假设

因液力缓速器内部流动复杂，为了便于计算，需对其进行假设。

1）假设液力缓速器的传动油不可压缩；假设缓速器壳体及叶片为刚体，在工作时不会发生变形；

2）假设其已经达到了全充液状态；不考虑液力缓速器工作时泄露情况；假设液力缓速器不与其壳体进行热交换；

3）不考虑抑制空损的装置带来的影响；假设工作介质的其它物理性质为定值，在进行仿真时只改变比热容的数值。

2.3边界条件及数值计算设置

在进行CFD数值计算时需要设置边界条件，边界条件合理时数值计算的解才会存在。入口的边界条件设置为速度入口，出口的边界条件设置为自由出流。转子相对于定子会进行转动，在对其交界面进行边界条件设置时需采用滑移网格方法进行。

湍流模型选用在计算强旋转流动时精度高的RNGk-e模型。压力速度耦合方式采用SIMPLEC格式，其比SIMPLE计算速度更快。在转速为1200转下对液力缓速器进行数值计算。通过监视其残差值、制动力矩、出口温度判断其是否收敛。

表1数值计算设置

Tab.1Numericalcalculationsettings

控制参数

湍流模型

进油口

出油口

压力速度耦合方式

空间离散格式

求解设置

RNGk-e

速度入口

自由出流

SIMPLEC

一阶迎风

3仿真结果分析

通过改变比热容值对液力缓速器进行仿真分析，得到其与制动力矩的关系如图3。由图3可以知，制动转矩在比热容变化时会发生波动，但是变化并不明显。

图3制动力矩与比热容的关系

Fig.3Therelationshipbetweenbrakingtorqueandspecificheatcapacity

通过监视液力缓速器出口温度得到比热容与温度之间的关系，由表2可知，随着比热容的增加，其出口温度呈下降趋势，即比热容的改变会影响工作介质的温度。

表2比热容对出口温度影响

Tab.2Theinfluenceofspecificheatcapacityonoutlettemperature

比热容（J/Kg·°C）

2019.3

2147.4

2275.6

出口温度(°C)

55.8

54.0

52.5

4结论

本文首先研究了比热容与温度之间的关系，对不同比热容下的液力缓速器的内流场进行了仿真分析。结果表明：比热容随着温度的增加而增加，制动力矩随着比热容的变化会发生轻微波动，传动液温度随着比热容的增加而减小。

参考文献

周建芬,孙保群,盛楠,汪韶杰.新型液力缓速器结构设计与性能研究[J].液压与气动,2018(02):104-110.

李强,陶泽源,孙保群,燕浩,张羽.液力缓速器结构优化设计与仿真实验分析[J].液压与气动,2020(11):59-67.

袁哲,徐东,刘春宝,李雪松,李