随着煤炭行业和综采技术的飞速发展,重型机械设备持续研发、生产和使用,采煤效率不断提升,对刮板输送机传动系统的性能及稳定性有了进一步的要求。阀控充液式液力偶合器作为一种性能优越的软启动装置,能够有效解决传动过程中遇到的难启动和超载等难题。大功率综采设备的使用对矿用液力偶合器的性能及散热有了更高的要求,有必要对叶轮叶栅系统参数优化及流动换热特性进行分析。因此基于计算流体动力学对阀控充液式叶轮叶栅系统参数进行了优化设计,研究了不同工况下液力偶合器流动换热规律,为液力偶合器与整机匹配及智能调控提供了可靠的依据。为了研究阀控充液式液力偶合器全充液流场特性,对计算流体动力学基本原理和计算方法进行了介绍,采用ICEM CFD软件对流场几何模型进行了网格划分,并通过网格无关性验证等操作保障了数值计算的精确性,利用CFX软件计算分析了多工况下流场及转矩特性分布规律。结果表明:随着速比的增大,内流场液流整体速度呈下降的趋势,在低速比时,叶轮内液流流动不稳定,涡轮叶片冲击面入口处形成了明显的高压区。高速比下液流对涡轮的冲击作用降低,水液环流趋于稳定且分布均匀,循环圆中心处形成显著的漩涡现象,叶片压力向层状分布转变,速比越大,层状分布越明显。针对液力偶合器叶栅系统优化设计,利用试验设计方法设计了叶栅系统参数,以额定转矩为优化目标,采用Isight软件中的近似建模与优化算法模块完成了参数优化,并进行了参数主效应及交互效应分析。结果表明:叶轮叶片数及厚度之间皆存在较强的交互作用;双参数整体优化得到的偶合器额定转矩值更大,且优化后的叶轮强度满足使用要求;恰当的试验设计方法与响应面模型可以在相对较短的时间内准确的预测最优叶栅参数组合。针对叶栅系统参数对液力偶合器流场及转矩特性的影响,以独立优化得到的最佳解为基准设计了不同参数组合的方案,对不同方案的液力偶合器内流场特性及转矩特性进行数值模拟研究。结果表明:液流整体流速随叶片数增加先增大后减小,随叶片厚度的增大呈减小的变化趋势;最优解对应整体压差最小,泵轮叶片数与叶片厚度对额定转矩影响作用较大;最优解对应液力偶合器叶轮获得了最大有效容腔,液力损失最低且循环流动转换充分,提高了传递转矩的能力。为了研究液力偶合器瞬态换热特性,重新构建了包含进出水口的几何模型,建立了液力偶合器流动换热瞬态计算模型,利用多步求解方式对正常运转工况及堵转工况下温度场分布特性进行了研究,并对比分析了循环换水工况的温度场分布特性,得到了三种工况下流场温度随时间变化曲线。结果表明:水液流速与叶轮转速的差值决定了产热快慢,差值越大,温度上升越快;额定工况与堵转工况下流场温度皆呈线性上升趋势,但后者温度变化更加剧烈,循环换水工况下温度呈先快后慢的下降变化趋势。综上所述,本文对阀控充液式液力偶合器叶栅系统参数优化设计及内部流动换热特性进行了深入研究,为液力偶合器结构优化设计、循环换水策略及智能调控提供了可靠的方法和理论依据。