CN113011112B - 一种硅油风扇离合器滑差的cfd数值计算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种硅油风扇离合器滑差的CFD数值方法，包括：将硅油风扇离合器三维模型导入有限元计算前处理软件，得稳态计算CFD网格模型；将CFD网格模型导入流体计算软件，结合硅油粘温曲线获得硅油动力粘度μ‑从动盘转速n2关系曲线；将硅油风扇离合器工作腔三维模型导入到前处理软件中，建立起瞬态计算CFD网格模型；将CFD网格模型导入流体计算软件中，结合硅油动力粘度μ‑从动盘转速n2关系曲线和风扇的扭矩M‑转速n2曲线；通过瞬态计算可得到某一固定主动转速n1下的从动盘转速n2，n1‑n2即为硅油风扇离合器的滑差。本方法可用于硅油风扇离合器产品的设计开发，降低硅油风扇离合器产品的开发成本，缩短开发周期。

Description

一种硅油风扇离合器滑差的CFD数值计算方法
技术领域
本发明涉及离合器领域，尤其涉及一种硅油风扇离合器滑差的CFD数值计算方法。
背景技术
硅油风扇离合器是一种以硅油作为流体介质，利用硅油流动剪切力来传递扭矩的一种机械装置。
由于汽车在行驶过中，环境条件和运行工况在不断变化，发动机的热状况也在改变。比如在炎热的夏季，发动机在低速、大负荷情况下工作，加上环境温度以及冷却液温度很高时，冷却风扇应该提高转速以增大风量，提高散热器的散热能力；而在寒冷的动天，环境温度与冷却液的温度都很低，风扇继续工作不仅无任何意义，还会白白消耗发动机功率，同时产生很大的噪声。因此，根据发动机热状况来随时调节发动机的冷却强度变得十分必要。硅油风扇离合器便是这样一的种装置，它可以根据发动机热状况来随时调节发动机的冷却强度，减少发动机的功率损耗，提高发动机寿命，改善发动机的经济性，具有广阔的应用前景。
目前有关硅油风扇离合器滑差的计算研究中仍然是采用理论计算的方法，李惠珍等在《硅油风扇离合器传递扭矩计算方法的研究[J].内燃机学报,1989,7(1):45-52》、王益有在《硅油风扇离合器匹配设计的研究[D].广州:华南理工大学,2010》、上官文斌等在《硅油风扇离合器滑差和散热性能的计算与测试[J].汽车工程,2015,37(6)》分别以一款双面槽型硅油风扇离合器为研究对象，同时考虑热平衡与力矩平衡对滑差计算结果的影响，推导并建立起了硅油风扇离合器传递扭矩与散热的数学模型，利用理论分析计算的方法求解出了硅油风扇离合器的滑差。对于硅油风扇离合器滑差的CFD数值计算这一方法，目前仍然缺少这方面的研究。此外，理论计算方法的明显不足之处是，该理论计算方法只能计算几何形状规则，几何尺寸参数易于测量的液粘传动(HVD)摩擦副模型，对于几何结构复杂、形状不规则、以及摩擦副表面有凹凸结构的液粘传动摩擦副模型，其具体的模型尺寸根本无法准确测量，更难以建立起准确的数学模型；而采用本发明提供的CFD数值计算方法，只需在前处理网格划分的时候对复杂、不规则的摩擦副表面进行局部网格加密，以贴近摩擦副表面真实的几何形状特征，便可顺利求解计算出几何形状复杂不规则的液粘传动摩擦副的滑差值。比起理论计算方法，CFD数值计算方法对复杂几何模型的适应性更强。在对硅油风扇离合器散热特性的CFD数值分析方面，姚倩等在《硅油风扇离合器散热性能计算及实测分析[D].广州:华南理工大学,2011》、王红民等等在《硅油风扇离合器的散热特性[J].华南理工大学学报(自然科学版),2020,48(8):115-123》分别利用CFD数值计算方法对硅油风扇离合器的散热特性进行了分析，其中的生热过程是以设置固定热源的形式代替CFD模拟硅油粘性摩擦生热过程，其热源的生热率根据理论生热计算所得，对CFD粘性剪切生热过程进行了简化处理，计算准确度较低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种硅油风扇离合器滑差的CFD数值计算方法，该方法可以直接通过CFD的方法，利用硅油风扇离合器三维模型、以及硅油粘温曲线、风扇流量-转速曲线、风扇扭矩-转速曲线等参数，即可计算出硅油风扇离合器的滑差。
为实现本发明目的，本发明提供的一种硅油风扇离合器滑差的CFD数值计算方法，同时考虑了热平衡与力矩平衡对离合器滑差的影响。为了简化CFD数值计算模型的复杂度，将离合器滑差的CFD计算过程划分为稳态与态两部分，由此基于同一个离合器三维模型分别建立稳态计算模型与瞬态计算模型。具体包括以下步骤：
将硅油风扇离合器三维模型导入到前处理网格划分软件，进行网格划分，得到稳态计算CFD网格模型；
将稳态计算CFD网格模型导入流体力学计算软件，获得硅油温度T与从动盘转速2的关系，结合硅油动力粘度μ-温度T曲线，经稳态计算得到硅油动力粘度μ-从动盘转速n2关系曲线；
将硅油风扇离合器工作腔三维模型导入到前处理软件中，建立瞬态计算CFD网格模型；
将瞬态计算CFD网格模型导入流体力学计算软件，结合硅油动力粘度μ-从动盘转速n2关系曲线以及风扇的扭矩M-从动盘转速n2曲线，计算得到在到某一固定主动转速n1下的从动盘转速n2，通过主动转速n1和从动盘转速n2即可得到硅油风扇离合器的滑差n1-n2。
对本发明方案的进一步改进，所述将硅油风扇离合器三维模型导入到前处理网格划分软件，进行网格划分，得到稳态计算CFD网格模型中，采用硅油风扇离合器三维模型的1/12周期部分进行网格划分。
对本发明方案的进一步改进，稳态计算CFD网格模型采用四面体对网格进行划分。
对本发明方案的进一步改进，所述将硅油风扇离合器三维模型导入到前处理网格划分软件，进行网格划分时，硅油、离合器实体、空气的周期边界面上的网格数量以及节点、节点位置均分别要求一致且两周期边界面与离合器中心点形成预设的夹角。
对本发明方案的进一步改进，所述将稳态计算CFD网格模型导入流体力学计算软件，结合硅油动力粘度μ-温度T曲线，计算得到硅油动力粘度μ-从动盘转速n2关系曲线中，采用MRF模型进行稳态计算。
对本发明方案的进一步改进，所述得到硅油动力粘度μ-从动盘转速n2关系曲线，包括：
确定硅油动力粘度μ-温度T曲线，硅油动力粘度μ-温度T曲线的表达式如下：
Figure GDA0003932137360000031
其中，λ表示粘温指数，T表示硅油的实时温度，γ0表示硅油温度为T0时的运动粘度，γ表示硅油温度为T时的运动粘度，ρ表示硅油密度；
通过稳态计算得到硅油温度T与从动盘转速n2数据结果，将该数据结果使用三次曲线拟合可得到硅油温度T与从动盘转速2的关系，即：
Figure GDA0003932137360000032
式中，C3、C2、C0、C1为常数；
根据硅油实时温度T与从动盘转速2的关系以及硅油动力粘度μ-温度T曲线的表达式，得到硅油动力粘度μ-从动盘转速n2曲线如下：
Figure GDA0003932137360000033
对本发明方案的进一步改进，所述将硅油风扇离合器工作腔三维模型导入到前处理软件中，建立瞬态计算CFD网格模型中，采用硅油风扇离合器工作腔三维模型的1/24周期进行网格划分。
对本发明方案的进一步改进，所述风扇的扭矩M-从动盘转速n2曲线的表达式为：
M＝B2 n2 2+B1 n2+B0
式中，B2、B1、B0为常数。
对本发明方案的进一步改进，所述将瞬态计算CFD网格模型导入流体力学计算软件中，采用滑移网格(Sliding Mesh)模型进行瞬态计算。
对本发明方案的进一步改进，所述结合硅油动力粘度μ-从动盘转速n2关系曲线以及风扇的扭矩M-转速n2曲线，计算得到在到某一固定主动转速n1下的从动盘转速n2，通过主动转速n1和从动盘转速n2即可得到硅油风扇离合器的滑差n1-n2，包括：
获取从动盘的实时转速n2；
将从动盘的实时转速n2代入硅油动力粘度μ-从动盘转速n2曲线与风扇的扭矩M-从动盘转速n2曲线，得到实时的硅油动力粘度μ与阻力矩M1；
改变硅油动力粘度μ和施加在从动盘上的阻力矩M1；
经瞬态迭代计算重复以上步骤，当阻力矩M1、硅油动力粘度μ以及从动盘转速n2不再发生变化时，得到在某一固定主动转速n1下的从动盘转速n2，将此时的固定主动转速n1减去此时的从动盘转速n2即可得到硅油风扇离合器的滑差n1-n2。
与现有技术相比，本发明能够实现的有益效果至少如下：
(1)本发明所提出的硅油风扇离合器滑差的CFD数值方法，推广延伸至液粘传动摩擦副(HDV)的滑差计算相关问题，对于几何结构复杂、形状不规则、以及摩擦副表面有凹凸结构的液粘传动摩擦副模型，当摩擦副表面的几何尺寸无法测量，难以建立准确的数学模型时，使用该CFD数值计算方法，只需在前处理网格划分的时候对复杂不规则的摩擦副表面进行局部网格加密，以贴近摩擦副表面真实的几何形状特征，便可顺利求解计算出几何形状复杂不规则的液粘传动摩擦副的滑差值。对于利用CFD数值计算方法来求解有关液粘传动的滑差的问题，具有一定的参考意义。
(2)本发明所提出的硅油风扇离合器滑差的CFD数值方法，可用于硅油风扇离合器产品的设计开发，在对多方案进行设计选优时，可节省大量的改进设计和试验工作，降低硅油风扇离合器产品的开发成本，缩短开发周期。
(3)本发明拟采用CFD数值计算的方法，同时考虑热平衡与力矩平衡的影响，建立起硅油风扇离合器滑差的CFD数值仿真计算流程，使得扭矩传递、生热、散热等过程均在CFD数值计算中得以实现。
(4)本发明的CFD数值模拟计算过程中，由于存在离合器主、从动盘转速差，工作腔内的硅油流体以及离合器外壳附近的空气是呈环状高速流动的，更加有利于离合器壳体的散热过程，以避免引起离合器壳体内部局部过热、散热不均现象。
(5)采用本发明提供的CFD数值方法相比于利用理论计算法更加贴近真实情况，准确度更高。
附图说明
图1是稳态CFD计算模型中的硅油风扇离合器实体从动盘部分示意图。
图2稳态CFD计算模型的边界条件示意图。
图3是硅油运动粘度γ-温度T曲线示意图。
图4是风扇的流量Q-转速n2关系曲线示意图。
图5是稳态CFD计算流程原理示意图。
图6是主动盘转速一定(n1＝2400r/min)，不同从动盘转速下的硅油温度T-从动盘转速n2关系曲线示意图。
图7是瞬态CFD计算模型的边界条件示意图。
图8是风扇的扭矩M-转速n2关系曲线示意图。
图9是瞬态CFD计算流程原理图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
一种硅油风扇离合器滑差的CFD数值计算方法，通过CFD方法，同时考虑热平衡与力矩平衡对滑差的影响，求解计算得到硅油风扇离合器的从动盘转速，从而得到硅油风扇离合器的滑差，求解过程分为稳态与瞬态两个部分，具体包括以下步骤：
步骤1：将STP格式的硅油风扇离合器三维模型导入到前处理网格划分软件，进行网格划分，得到稳态计算CFD网格模型。
在本发明其中一个实施例中，采用的前处理网格划分软件为HyperMesh。可以理解的是，在其他实施例中，可以采用其他的前处理网格划分软件。
在本发明其中一个实施例中，考虑到硅油风扇离合器壳体以及工作腔的特点以及控制计算模型的网格数量，节省计算资源，根据离合器外形的周期特征，取整个模型的1/12部分进行前处理网格划分。
在本发明其中一个实施例中，考虑到硅油风扇离合器的实体壳体的外形非常复杂，为降低人工的前处理成本，对硅油风扇离合器的硅油、离合器实体、空气三部分均使用四面体网格划分，网格尺寸为1.5mm。应当说明的是，在其他实施例中也可采用其他形状的体网格进行网格划分，如六面体，但相比于四面体，划分难度会较大。划分后得到的离合器实体部分的网格模型如图1所示。
硅油、离合器实体、空气的周期边界面上的网格数量以及节点、节点位置均分别要求一致且两周期边界面与离合器中心点形成30度的夹角，如图2所示。图2中，1为整个计算域的空气流量入口，入口的类型为质量流量入口，其流量值由风扇的流量-转速特性曲线决定；2为计算域的空气壁面边界；3为硅油风扇离合器后端的空气出口，出口类型为压力出口，其值为0,表示通向标准大气压；4为1/12周期边界面，包括空气域、离合器固体域、硅油流体域三个部分的周期边界面，5为主动盘(壁面)，6为硅油，7为空气-离合器耦合面，8为离合器实体，9为硅油-离合器耦合面。
步骤2：将稳态计算CFD网格模型导入流体力学计算软件，进行稳态计算获得硅油温度T与从动盘转速n2数据结果，将该数据结果使用三次曲线拟合可得到硅油温度T与从动盘转速2的关系，结合硅油动力粘度μ-温度T曲线，得到硅油动力粘度μ-从动盘转速n2关系曲线。
在本发明其中一个实施例中，本步骤具体包括以下子步骤：
步骤2.1：将HyperMesh导出的网格模型.cas文件导入到流体力学计算软FLUENT中(可以采用版本2020R1，当然也可采用其他版本)，在FLUENT 2020R1中的文本命令框中通过输入命令(define/boundary-conditions/modify-zones/make-periodic)的方式，将已经在HyperMesh前处理软件中划分好的一对边界面p1、p2设置为周期边界面。计算方式选择稳态，计算过程涉及到硅油流体的生热与散热过程，故开启能量方程，粘性模型选用RNG k-e模型，开启粘性热选项。设定硅油材料的密度ρsi、比热容Csi、导热系数λsi，其硅油动力粘度μ为自身温度T的函数，使用C语言将硅油粘温曲线编写到UDF文件中并在设置粘度处选择该UDF宏DEFINE_PROPERTY；离合器固体材料为铝，设置其密度ρAl、比热容CAl、导热系数λAl；气体材料为空气，设置其密度ρair、比热容Cair、导热系数λair、粘度μair；设置空气入口为质量流量入口M，入口空气温度为环境温度Tin，湍流强度Iin，水力直径Din，设置空气出口为压力出口Pout，湍流强度Iout与水力直径Dout与入口的湍流强度Iin，水力直径Din相同；将硅油-固体、空气-固体形成的流体-固体面均设置为热耦合面。在报告定义(Report Definitions)中定义硅油平均温度temperature-oil并写出到本地文件report-out.out，用于UDF读取该实时硅油温度数据T并根据硅油动力粘度μ-温度T曲线
Figure GDA0003932137360000061
Figure GDA0003932137360000062
式中，λ——粘温指数；T、T0——硅油温度，℃；γ0——硅油温度为T0时的运动粘度，mm2/s；γ——硅油温度为T时的运动粘度，mm2/s；ρ——硅油密度，为定值，kg/m3。将硅油温度数据T代入该式可得到硅油动力粘度μ，在计算过程中实现硅油粘度的调节，硅油运动粘度γ-温度T特性曲线如图3所示；在求解方法中，压力-速度耦合选用耦合(Coupled)，梯度(Gradient)采用基于节点的格林高斯(Green-Gauss Node Based)方法。编译UDF的.c文件的编译器软件版本为Visual Studio 2015。
在本发明其中一个实施例中，对型号为4000CS的硅油进行粘度实测，获得硅油运动粘度γ与温度T离散点数据如图3，由试验测试离散点数据，当t0＝49.4℃时，γ0＝2304mm2/s，使用硅油粘温指数模型
Figure GDA0003932137360000063
拟合该数据，确定指数模型的粘温指数为γ＝0.01374853，故γ＝2304e-0.01374853(t-49.4)，硅油密度ρ＝998.2kg/m3，其硅油动力粘度μ与温度T的关系为
μ＝γ×ρ×10-6＝2304e-0.01374853(T-49.4)×998.2×10-6
步骤2.2：采用多重参考系(Multiple Reference Frame，MRF)模型进行稳态计算。在网格区域条件(Cell Zone Conditions)中同时选中靠近离合器实体一侧的硅油外域和空气内域，在编辑框中勾选参考系运动(Frame Motion)，设定参考系的转速n2为从动盘转速，在边界条件(Boundary Conditions)中同时选中硅油-固体与空气-固体两个耦合面，进入壁面编辑框，壁面运动(Wall Motion)选项选择运动壁面(Moving Wall)，运动方式(Motion)选择相对于临近壁面运动(Relative to Adjacent Wall)，即可完成从动盘的旋转运动设置；在网格区域条件(Cell Zone Conditions)中选中硅油内域，在编辑框中勾选参考系运动(Frame Motion)，设定参考系的转速n1为主动盘转速，在边界条件(BoundaryConditions)中选中硅油流体的内壁面(主动盘)，进入壁面编辑框，壁面运动(WallMotion)选项选择运动壁面(Moving Wall)，运动方式(Motion)选择选相对于邻近壁面运动(Relative to Adjacent Wall)，即可完成主动盘的旋转运动设置。
步骤2.3：设定主动盘转速n1与一组从动盘转速n2以及由风扇产生的相对应的入口质量流量Q的1/12，将其编写到计算命令流Journal文件中进行批量计算。根据风扇定律可知，风扇的流量与转速成正比，因此采用线性函数模型对某风扇的流量、转速数据进行拟合。风扇流量Q-转速n2曲线
Q＝A1n2+A0
式中，a1、A0为常数。该关系曲线如图4所示。待计算完成后，获得主动盘在一定转速n1下的一组硅油温度T、从动盘转速n2数据。经不同主动盘转速n1的多次稳态计算发现，当主动盘转速n1固定不变时，在FLUENT中设定从动盘转速n2以及对应的入口流量Q，此时在稳态计算平衡状态下的硅油温度T计算结果与从动盘转速n2在采用三次多项式进行拟合时，拟合得很好，且拟合曲线与横坐标、纵坐标的交点值与实际情况极为相符。因此可以确定在某一主动盘转速n1下，经稳态计算后的硅油温度T计算结果与其对应的从动盘转速n2为三次多项式关系。当主动盘转速n1一定时，采用三次多项式对硅油温度T与对应从动盘转速n2进行曲线拟合，可得
Figure GDA0003932137360000071
式中，C3、C2、C0、C1为常数。硅油温度T-从动盘转速n2关系曲线如图6所示。将其代入硅油动力粘度μ-温度T曲线，即可得到硅油动力粘度μ-从动盘转速n2曲线：
Figure GDA0003932137360000072
以上步骤为稳态部分的计算。下面对瞬态部分的计算进行介绍。
步骤3：将STP格式的硅油风扇离合器工作腔三维模型文件导入到前处理软件中，建立瞬态计算CFD网格模型。
在本发明其中一个实施例中，前处理软件采用ICEM软件，可以理解的是，在其他实施例中，也可以采用HyperMesh等其他其他前处理网格划分软件。
在本发明其中一个实施例中，提取离合器工作腔特征作为硅油模型，在前处理软件中对硅油模型(离合器工作腔三维模型)进行前处理网格划分，瞬态部分的整个CFD数值计算模型只有硅油(流体)，也就是离合器中传递扭矩的关键部分——液粘传动摩擦副。由于主、从动盘之间的最小距离(大多数)为0.2mm，为了减少整个模型的网格数量，降低计算成本，根据离合器的工作腔结构的周期性与对称性的特点，该模型采用1/12周期模型以及1/2对称模型(即1/24模型)，在从动盘上施加阻力矩也相应地为风扇对应转速下的力矩的1/24，硅油风扇离合器滑差计算的瞬态计算CFD网格模型的边界条件如图7所示。在图7中，整个CFD瞬态计算采用滑移网格(Sliding Mesh)模型，模型中去掉了离合器壳体(固体)和空气这两个部分，只保留离合器工作腔的硅油流体部分，且取其1/24周期建立CFD瞬态计算模型，10为硅油模型的周期边界，即硅油流体域的周期边界面；11为对称边界面，即该离合器的工作腔具有对称结构，且关于对称边界面对称；12为主动盘的壁面，由于该瞬态CFD计算模型舍去了离合器壳体(固体)部分，只保留液粘传动摩擦副(即离合器工作腔)的摩擦壁面，其主动摩擦壁面简化为主动盘壁面(wall)；13为从动盘壁面，从动摩擦壁面简化为从动盘壁面(wall)；14为滑移网格模型的交界面(interface)；15视为无摩擦壁面wall(可阻止硅油自由流出工作腔)。通过该滑移网格模型，可实现瞬态CFD计算模型中的周期边界(Periodic Boundary)条件与6自由度(6Degree of Freedom)属性相结合，以求解液粘传动摩擦副中的从动盘转速。
步骤4：将瞬态计算CFD网格模型导入流体力学计算软件，结合硅油动力粘度μ-从动盘转速n2关系曲线以及风扇的扭矩M-转速n2曲线，计算得到在到某一固定主动转速n1下的从动盘转速n2，通过主动转速n1和从动盘转速n2即可得到硅油风扇离合器的滑差n1-n2。
在本发明其中一个实施例中，本步骤具体包括以下子步骤：
步骤4.1：将ICEM导出的网格模型.msh文件导入到流体力学计算软件FLUENT(对版本没有限制，如可使用2020R1版本)中，周期边界条件以及对称边界条件均已在ICEM中设置完成，无需再次在FLUENT中设置。计算方式选择瞬态，硅油流体的生热与散热过程被单独放在稳态计算中进行，此瞬态计算不考虑硅油流体的生热与散热过程，故无需开启能量方程，粘性模型选用RNG k-e模型。设定硅油材料的密度ρsi，瞬态计算模型中硅油的比热容Csi、导热系数λsi无需设置，硅油动力粘度μ为从动盘转速n2的函数，即硅油动力粘度μ-从动盘转速n2曲线，使用C语言将该关系曲线编写到UDF文件中并在设置粘度处选择UDF宏DEFINE_PROPERTY。将硅油流体内、外侧部分的相邻两壁面(Wall)的类型设置为交界面(interface)，在网格交界面(Mesh Interfaces)中创建一对交界面(interface)，交界面选项(Interface Options)勾选周期重复(Periodic Repeats)。
步骤4.2：采用滑移网格(Sliding Mesh)模型进行瞬态计算。开启动网格(DynamicMesh)，勾选6自由度(Six DOF)，在动网格区域(Dynamic Mesh Zones)中创建主动盘的主动运动与从动盘的被动运动(Six DOF)，设置主动盘的转速n1，给从动盘定义6自由度(SixDOF)属性，施加阻力矩M1，从动盘的阻力矩M1为从动盘自身转速n2的函数。由风扇定律知，风扇的扭矩与转速的二次方成正比，因此采用二次多项式函数模型某风扇的扭矩、转速数据进行拟合，即风扇的扭矩M-转速n2曲线
M＝B2n2 2+B1n2+B0
式中，B2、B1、B0为常数。该曲线如图8所示。使用C语言将该关系曲线编写到UDF文件中并在设置Six DOF处选择UDF宏DEFINE_SDOF_PROPERTIES，以上编译UDF的.c文件的编译器软件版本可采用Visual Studio 2015。
通过使用滑移网格的方法，实现了6自由度与周期边界条件设置相结合。
瞬态计算中采用UDF的具体工作思路是：
①通过宏DT_OMEGA_CG获取瞬态计算过程中从动盘刚体的实时转速n2
②将从动盘转速n2分别代入硅油动力粘度μ-从动盘转速n2曲线与风扇的扭矩M-转速n2曲线可得到实时的硅油动力粘度μ与阻力矩M1
③分别使用宏DEFINE_PROPERTY、DEFINE_SDOF_PROPERTIES改变硅油的硅油动力粘度μ、施加在从动盘上的阻力矩M1。
通过上述的做法，经过一段时间的计算后，该瞬态CFD计算最终必然会达到一个稳定平衡的状态，最终的阻力矩M1与硅油动力粘度μ、以及从动盘转速n2均不再发生变化，此时便可得到在某一固定主动转速n1下的从动盘转速n2，n1-n2即为硅油风扇离合器的滑差。
本发明中，将热平衡对离合器滑差计算过程的影响这一因素单独提取出来，把粘性硅油流体的生热与散热平衡的计算过程独立安排在稳态CFD计算中进行，然后再将稳态热平衡的计算结果数据导入瞬态CFD计算中参与计算，在瞬态CFD计算中同时实现热平衡(等效)与力矩平衡。
应该理解的是，前述各步骤前的序号仅是为了表述方便，不构成对步骤前后顺序的限制。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种硅油风扇离合器滑差的CFD数值计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
将硅油风扇离合器三维模型导入到前处理网格划分软件，进行网格划分，得到稳态计算CFD网格模型；
将稳态计算CFD网格模型导入流体力学计算软件，获得硅油温度
Figure 754559DEST_PATH_IMAGE001
与从动盘转速
Figure 508888DEST_PATH_IMAGE002
的关 系，并结合硅油动力粘度与温度曲线，计算得到硅油动力粘度
Figure 308217DEST_PATH_IMAGE003
从动盘转速
Figure 831602DEST_PATH_IMAGE002
关系曲线；
将硅油风扇离合器工作腔三维模型导入到前处理软件中，建立瞬态计算CFD网格模型；
将瞬态计算CFD网格模型导入流体力学计算软件，结合硅油动力粘度
Figure 323763DEST_PATH_IMAGE003
从动盘转速
Figure 299810DEST_PATH_IMAGE002
关系曲线以及风扇的扭矩
Figure 840512DEST_PATH_IMAGE004
从动盘转速
Figure 546300DEST_PATH_IMAGE002
曲线，计算得到在到某一固定主动转速
Figure 881467DEST_PATH_IMAGE005
下的 从动盘转速
Figure 672705DEST_PATH_IMAGE002
，通过主动转速
Figure 751519DEST_PATH_IMAGE005
和从动盘转速
Figure 311814DEST_PATH_IMAGE002
即可得到硅油风扇离合器的滑差。
2.根据权利要求1所述的一种硅油风扇离合器滑差的CFD数值计算方法，其特征在于，所述将硅油风扇离合器三维模型导入到前处理网格划分软件，进行网格划分，得到稳态计算CFD网格模型中，采用硅油风扇离合器三维模型的1/12周期部分进行网格划分。
3.根据权利要求2所述的一种硅油风扇离合器滑差的CFD数值计算方法，其特征在于，采用四面体对网格进行划分。
4.根据权利要求1所述的一种硅油风扇离合器滑差的CFD数值计算方法，其特征在于，所述将硅油风扇离合器三维模型导入到前处理网格划分软件，进行网格划分时，硅油、离合器实体、空气的周期边界面上的网格数量以及节点、节点位置均分别要求一致且两周期边界面与离合器中心点形成预设的夹角。
5.根据权利要求1所述的一种硅油风扇离合器滑差的CFD数值计算方法，其特征在于， 所述将稳态计算CFD网格模型导入流体力学计算软件，结合硅油粘温曲线，计算得到硅油动 力粘度
Figure 817881DEST_PATH_IMAGE003
从动盘转速
Figure 34099DEST_PATH_IMAGE002
关系曲线中，采用MRF模型进行稳态计算。
6.根据权利要求1所述的一种硅油风扇离合器滑差的CFD数值计算方法，其特征在于， 所述得到硅油动力粘度
Figure 975992DEST_PATH_IMAGE003
从动盘转速
Figure 328476DEST_PATH_IMAGE002
关系曲线，包括：
确定硅油动力粘度
Figure 333341DEST_PATH_IMAGE003
温度
Figure 771275DEST_PATH_IMAGE001
曲线，硅油动力粘度
Figure 254209DEST_PATH_IMAGE003
温度
Figure 726779DEST_PATH_IMAGE001
曲线的表达式如下：
Figure 636966DEST_PATH_IMAGE006
其中，
Figure 562197DEST_PATH_IMAGE007
表示粘温指数，
Figure 848822DEST_PATH_IMAGE008
表示硅油的实时温度，
Figure 175898DEST_PATH_IMAGE009
表示硅油温度为
Figure 522565DEST_PATH_IMAGE010
时的运动粘度，
Figure 935092DEST_PATH_IMAGE011
表 示硅油密度；
通过稳态计算得到硅油的实时温度
Figure 759829DEST_PATH_IMAGE001
与从动盘转速
Figure 941411DEST_PATH_IMAGE012
的关系，即
Figure 396664DEST_PATH_IMAGE013
式中，
Figure 358803DEST_PATH_IMAGE014
、
Figure 924914DEST_PATH_IMAGE015
、
Figure 26250DEST_PATH_IMAGE016
、
Figure 652403DEST_PATH_IMAGE017
为常数；
根据硅油温度
Figure 101839DEST_PATH_IMAGE001
与从动盘转速
Figure 206061DEST_PATH_IMAGE012
的关系以及硅油动力粘度
Figure 424553DEST_PATH_IMAGE003
温度
Figure 221608DEST_PATH_IMAGE001
曲线的表达式，得到 硅油动力粘度
Figure 830443DEST_PATH_IMAGE003
从动盘转速
Figure 66253DEST_PATH_IMAGE002
曲线如下：
Figure 76934DEST_PATH_IMAGE018
。
7.根据权利要求1所述的一种硅油风扇离合器滑差的CFD数值计算方法，其特征在于，所述将硅油风扇离合器工作腔三维模型导入到前处理软件中，建立瞬态计算CFD网格模型中，采用硅油风扇离合器工作腔三维模型的1/24周期进行网格划分。
8.根据权利要求1所述的一种硅油风扇离合器滑差的CFD数值计算方法，
其特征在于，所述风扇的扭矩
Figure 107207DEST_PATH_IMAGE004
转速
Figure 203339DEST_PATH_IMAGE019
曲线的表达式为：
Figure 711681DEST_PATH_IMAGE020
式中，
Figure 842448DEST_PATH_IMAGE021
、
Figure 981305DEST_PATH_IMAGE022
、
Figure 627050DEST_PATH_IMAGE023
为常数。
9.根据权利要求1所述的一种硅油风扇离合器滑差的CFD数值计算方法，其特征在于，所述将瞬态计算CFD网格模型导入流体力学计算软件中，采用滑移网格模型进行瞬态计算。
10.根据权利要求1-9任一所述的一种硅油风扇离合器滑差的CFD数值计算方法，其特 征在于，所述结合硅油动力粘度
Figure 876766DEST_PATH_IMAGE003
从动盘转速
Figure 924356DEST_PATH_IMAGE002
关系曲线以及风扇的扭矩
Figure 234115DEST_PATH_IMAGE004
从动盘转速
Figure 364226DEST_PATH_IMAGE002
曲线，经瞬态计算得到在到某一固定主动转速
Figure 417633DEST_PATH_IMAGE005
下的从动盘转速
Figure 319730DEST_PATH_IMAGE002
，通过主动转速
Figure 800390DEST_PATH_IMAGE005
和 从动盘转速
Figure 92831DEST_PATH_IMAGE002
即可得到硅油风扇离合器的滑差
Figure 12245DEST_PATH_IMAGE024
，包括：
获取从动盘的实时转速
Figure 706532DEST_PATH_IMAGE002
；
将从动盘的实时转速
Figure 420410DEST_PATH_IMAGE002
代入硅油动力粘度
Figure 465726DEST_PATH_IMAGE003
从动盘转速
Figure 923252DEST_PATH_IMAGE002
曲线与风扇的扭矩
Figure 472045DEST_PATH_IMAGE025
-从动 盘转速
Figure 622404DEST_PATH_IMAGE002
曲线，得到实时的硅油动力粘度
Figure 889437DEST_PATH_IMAGE026
与阻力矩
Figure 822758DEST_PATH_IMAGE027
；
改变硅油动力粘度
Figure 553954DEST_PATH_IMAGE026
和施加在从动盘上的阻力矩
Figure 812897DEST_PATH_IMAGE027
；
经瞬态迭代计算重复以上步骤，当阻力矩
Figure 363964DEST_PATH_IMAGE027
、硅油动力粘度
Figure 366555DEST_PATH_IMAGE026
以及从动盘转速
Figure 955187DEST_PATH_IMAGE002
不再发 生变化时，得到在某一固定主动转速
Figure 119452DEST_PATH_IMAGE005
下的从动盘转速
Figure 361077DEST_PATH_IMAGE002
，将此时的固定主动转速
Figure 964097DEST_PATH_IMAGE005
减去 此时的从动盘转速
Figure 341989DEST_PATH_IMAGE002
即可得到硅油风扇离合器的滑差
Figure 5051DEST_PATH_IMAGE024
。
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