随着煤炭工业和综采技术的高速发展,煤炭开采效率飞速提升,对于矿用输运设备的性能有了更高要求,阀控充液型液力偶合器作为一种重要的传动设备广泛应用于重型刮板输送机的软启动中。本文以矿用大功率阀控充液型液力偶合器为研究对象,对多种工况下叶轮内流场的环流特性与转矩传递特性的变化规律、全充液工况下空化特性及额定速比下叶轮强度进行了分析研究。以期达到提供一种可靠的叶轮机械特性预测方法、提升液力偶合器软启动的可控性、完善叶珊系统优化理论的目的。在叶轮全充液传动阶段,完成了多速比下的流场特性分析,建立了基于高精度六面体结构化网格的流场特性分析模型,基于流场数值计算结果,分析了全充液工况下流场内、外特性分布规律,得到了不同速比下流场速度、压力的分布特性,求解了不同速比下转矩的传递特性。在偶合器阀控充液阶段,建立了液力偶合器部分充液环流特性计算模型,对比分析了不同两相流模型的预测精度,对0%至90%充液率与对应不同充液率下0至0.99速比的内流场环流特性进行了数值分析,分析了多工况下流场环流特性预测结果。获得了不同充液率下水液环流特性和转矩传递特性,并进一步分析了阻流挡板的扰流特性。针对全充液工况下空化现象对流场特性的影响,建立了基于RayleighPlesset模型与均一化两相流模型的流场空化计算模型。得到了不同速比下流场的稳态空化状态与瞬态空化过程,分析了空泡的分布特点与演化规律,并进一步对比分析了空化对转矩传递特性和流场特性的影响规律,计算结果表明空化计算模型的引入能提高约13%的转矩预测精度。针对叶轮强度的分析,基于全充液工况下压力分布计算结果,结合FSI单向流固耦合分析技术建立了强度分析模型。获得了额定工况下单叶片的应力、应变分布特性。结果表明:叶轮应力集中分布于叶片根部靠近循环圆外侧处,应变集中分布在叶片靠近循环圆中心的位置。经过计算校核发现叶轮强度满足使用要求。搭建了液力偶合器外特性试验台架,测量了全充液工况下偶合器的转矩传递特性数据,将试验数据与数值计算结果进行了对比分析,结果表明考虑空化的流场数值分析能够很好的预测液力偶合器的工作特性,对转矩传递特性预测误差小于6%。本文提供了一种基于CFD技术的液力偶合器工作原理与转矩特性的高精度预测方法,为液力偶合器的叶珊结构设计和充液调速策略设计提供了可靠的理论依据。