硅油离合器散热性能的试验与计算方法研究

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硅油离合器是一种以硅油作为工作介质、利用液体粘性力传递转矩的装置,目前已被广泛应用于汽车发动机冷却风扇的驱动。处于旋转工作状态的硅油离合器,其内部硅油在粘性耗散的作用下产生大量热量,从而引起硅油温度的升高与粘度的降低。为保证传递转矩的能力,硅油离合器应能够将热量及时散发至外界环境。因此,关于硅油离合器散热性能的研究具有实际意义。本文对硅油离合器散热性能的试验与计算方法进行了研究,文章主要内容与结论如下:(1)搭建了硅油离合器温度试验装置。分别采用直径680mm、720mm、750mm的风扇与硅油离合器配对,使用红外线转速传感器与无线测温设备获取了多种转速工况下硅油离合器的滑差、硅油温度与壳体不同区域温度等数据。试验所测得的数据可用于计算模型正确性的验证。(2)建立了硅油离合器散热计算的三维模型,模型耦合了硅油的粘性耗散计算,考虑了硅油粘度随温度变化的关系以及风扇对周围流场的影响。在保持主动转速和从动转速与试验工况一致的条件下,使用建立的模型计算了不同转速工况下的硅油温度和壳体温度,并进行了计算结果和试验实测数据的对比分析。结果表明,不同主动转速条件下的计算误差均保持在10%以内,在硅油温度随主动转速变化的关系及壳体不同区域的温度变化趋势上,计算结果与测试结果均展示了较好的一致性,散热计算模型的正确性得到了验证。(3)基于散热计算模型,采用数值模拟的方法分析了不同穿孔布局对肋片散热性能的影响,根据分析结果对硅油离合器肋片进行穿孔设计。在保持输入热流密度一致的条件下,分别对具有穿孔肋片的硅油离合器与原硅油离合器进行散热计算。结果表明,肋片穿孔设计有效改善了硅油离合器的散热能力。在主动转速2000r/min-2800r/min的范围内,具有穿孔肋片的硅油离合器的检测点平均温度比原硅油离合器降低了1.26℃-7.68℃。转速越高,肋片穿孔对硅油离合器散热能力的提升越明显。
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