大功率液力偶合器凭借其显著、可靠的调速节能特点,成为大型核电站、火电站首选的调速节能装备。随着国民经济的高速发展,为了匹配发电机组容量不断发展的需求,大功率液力偶合器持续向大功率、高转速方向发展。与之相对应,偶合器内部气液两相流场的雷诺数急剧增加,出现流动损失加大、能容下降、输出特性失稳等现象,同时高雷诺数条件下流道结构参数对气液两相流场性能的影响更为敏感,与常规工况下相比较,其内、外特性均发生了显著变化,现有的基于相似条件下的液力偶合器流道结构设计理论有待验证。本文选择YOTC510型号的液力偶合器作为分析模型,采用计算流体动力学(CFD)数值计算的方式研究高转速、高功率条件下流道腔型结构参数对液力偶合器特性影响规律,以此为基础,设计提出优化后的流道结构参数,分析该结构瞬态工况下的流场特性,并通过实验验证数值计算结果的准确性。本文的工作为大功率液力偶合器流道结构设计及优化提供方法和应用理论基础。本文主要研究内容与结论如下:(1)叶轮叶片数对大功率液力偶合器性能影响。利用三维建模软件建立泵轮与涡轮不同叶片数方案的三维几何模型,抽取流道模型进行六面体网格划分,基于数值模拟方法对大功率液力偶合器内部气液两相流动规律展开分析,提取内流场压力、速度、流线等信息与外特性转矩值,对比分析不同叶片数方案的流场运动规律,得出结论:泵轮与涡轮的最佳叶片数组合应为47和48,叶片数过多则影响偶合器有效腔容积,使流体与叶片之间摩擦损失增加,效率降低;叶片过少则会使流体循环流量转换不充分,冲击损失和容积损失增大。(2)泵轮进出口半径对偶合器性能影响。以桃形腔作为基础腔型,保证其他参数不变的前提下,调整泵轮的进出口曲率半径值,形成不同进出口曲率半径方案并进行仿真工作,获得流场内外特性信息,对比分析泵轮曲率半径改变对偶合器特性的影响方式。通过分析得出结论:在合理范围内增大泵轮的进口曲率半径可以有效增大能容,提高泵轮力矩系数,使偶合器具有更好的传递转矩的能力;减小泵轮出口曲率半径可有效避免流场中出现二次流和旋涡,减少湍涡扩散所引起的能量损失。较优的泵轮进出口半径组合应为53.4和80。(3)提出合理的腔型结构参数进行特性预测及实验验证。根据叶轮叶片数和腔型流道结构参数对大功率液力偶合器的影响趋势,提出一套合理的流道结构参数建模和数值模拟,针对该流道方案的瞬态流场典型工况展开分析,探索大功率液力偶合器工作时流场循环流量下降以及效率降低的主要原因。将仿真计算得到的外特性转矩曲线与实验曲线进行对比,验证了该数值模拟方法的有效性。