动压涡轮静叶流致脉动实验测量与叶片载荷分布的研究2022年工程科学与技术国际期刊101042.

工程科学与技术，国际期刊30（2022）101042完整文章动压涡轮静叶流致脉动及其压力脉动特性的实验测量柯志芳a，魏巍b，c，刘成b，严庆东b，休斯顿伍德da北京理工大学机械工程学院，北京100081b北京理工大学车辆传动国家重点实验室，北京100081c北京理工大学重庆创新中心重庆401120d弗吉尼亚大学机械与航空航天工程系，美国弗吉尼亚州夏洛茨维尔，22904阿提奇莱因福奥文章历史记录：2021年1月28日收到2021年6月17日修订2021年7月28日接受2021年8月26日网上发售保留字：变矩内部流量测量周期集总叶片分离分析方法压力脉动叶片载荷分布反设计方法A B S T R A C T通过对液力变矩器内瞬态流场的实验测量和周期性叶片分离分析方法（PLSAM），获得了静叶表面压力场分布和相应的流致脉动，并对变矩器内的脉动特性进行了分析。 结果表明，在流激脉动的影响下，叶片压力分布结果和叶片扭矩都具有波动特征，而这些波动与叶轮转角的关系揭示了流激脉动的机理，即流激脉动的主要原因在于涡轮/泵叶片相对于静叶位置的连续切换，这在空间域和时间域都可用三角函数来模拟。而该三角函数的频域特性同时存在于内部流动特性和性能结果中，使得宏观性能和微观内部流动特性之间建立了联系，可用于叶栅系统的反设计。©2021作者 由Elsevier B.V.代表Karabuk大学出版这是一个开放获取CC BY许可下的文章（http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。1. 介绍流体动力蓄能器是一种以流体为介质传递动力或能量的流体驱动的闭环多元件蓄能器作为典型的例子，液力变矩器（HTC）已经被广泛地用于借助于自动传动液（ATF）来传递扭矩和功率一个典型的变矩器有三个基本组成部分：泵搅拌工作流体，使其旋转，而涡轮机可以从流体中提取能量 定子将流动方向重新定向到泵的入口，这不仅可以保持流动循环，还可以增加输出轴的扭矩（图10）。①的人。也就是说，这种转子包括一个定子和两个转子。在工作条件下，两个转子因此，内部的流动总是瞬态和非定常的，而不是静态的。此外，不同部件的刀片数量*通讯作者。电子邮件地址：weiweibit@bit.edu.cn（W. Wei）。通常彼此不同;因此，即使在相同的操作条件下并且同时，相对于特定目标的叶片位置也彼此不同，其相应的内部流场也是如此，这最终反映在性能中，保持波动。因此，流体动力学的流体、结构及其相互作用问题都涉及到这种复杂的流体力学中。在NASA AMES开发了三维不可压缩粘性Navier-Stokes流的计算 程 序 INS 3D 之 后 ， 人 们 一 直 致 力 于 变 起 初 ， Kwak[1] 和Perdichizi[2]提出了有效和健壮的计算机代码，并试图在更大规模上实 现 更 好 的 性 能 和 湍 流 估 计 ; 然 后 ， Fujitina[3] ， By[4 ， 5] 和Schulz[6]等人。通过对INS3D程序的改进，对尾迹、分离、动叶干扰等二次流现象进行了一系列的研究事实上，实验方法对这类研究是必不可少的和有用的。一般来说，测量技术，如微型高频https://doi.org/10.1016/j.jestch.2021.07.0052215-0986/©2021作者。由爱思唯尔公司出版代表Karabuk大学这是CC BY许可下的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表工程科学与技术国际期刊杂志主页：www.elsevier.com/locate/jestchZ.克，W。魏角，澳-地Liu等人工程科学与技术，国际期刊30（2022）1010422命名法变量ntflsplstPHZ一XDh0jUAu0B不Q转速，rpm时间，s频率，Hz标准化展向位置标准化流向位置压力，Pa旋转角度，度叶片数桨距角，度部件相对于定子叶片的位置索引号薄板样条插值关系幅值初始相位角，旋转角度度，扭矩度，Nm流体的密度，kg=m3g重力加速度，m= s2变矩器的圆直径，m速比下标PTS最大sexpave脉冲B配合int水泵水轮机定子最大结果样本实验结果平均结果脉动结果叶片拟合结果交互结果Fig. 1.一个典型的HTC（平切）和它的流动循环（曲线切割）的基本组成部分的示意图。探针[7-许多研究结果表明，由于流体没有充分发展就进入下一个通道，因此涡轮内部的流动是高度非定常和瞬态的。Buffurn[17]通过强迫响应分析和颤振分析研究了叶片排间的非定常干扰对强迫响应和颤振的影响，结果表明，干扰效应对叶片排引起的共振有显著影响，而叶片数也是关键。 Guo[18]利用颤振分析研究了叶排干扰和颤振特性，结果表明，叶片的定常和非定常性能与叶排干扰有很强的联系Paradiso[19]和Mailach[20]也对这一领域进行了进一步的研究，包括叶尖泄漏流;这项研究表明，这种相互作用在旋转失速中起着重要的作用。流动过程和流动稳定性，都涉及到内部流场的波动特性。此外，通过实验和模拟方法，Zhang[21]和他的研究小组发现，这种流动脉动引起的然而，获得准确有效的脉动结果的方法成本高、难度大，而且脉动中的强流致脉动特性和原理还需要进一步的模拟和揭示，才能为相关研究带来益处。本文的目的是通过实验测量和周期性叶片分离分析方法相结合的方法，研究动压涡轮机械的瞬态流激脉动特性，并提出一种简便的数学模型。2. 定子叶片负荷波动测量为了获得液力变矩器内流场非定常流致脉动特性的实验结果，建立了一套涡轮机械叶片压力载荷测量系统。由于定子在不同工况下与变速箱壳体固定连接，即定子保持静止，便于确定相对于其它车轮的位置，传感器及其相应导线的安装也容易得多，因此本实验的测量系统充分利用了液力变矩器中的定子叶片，测量不同工况下静叶表面多个压力测点的压力脉动结果。2.1. 内流压力测量系统实验测量系统的组成如图2所示，这表明该系统由三个基本部分组成：控制系统，机械系统和数据采集系统。控制系统包括电机控制系统和液压控制系统，电机控制系统用于使水泵和水轮机的转速稳定Z.克，W。魏角，澳-地Liu等人工程科学与技术，国际期刊30（2022）1010423¼¼~~~--¼¼·¼2½]图二. 实验测量系统的组成。而后者确保流体的供应及其散热。机械系统由驱动负载电机、扭矩速度传感器、变矩器和其他传感器（包括压力表和角度编码器）组成。数据采集系统包括压力场数据采集系统和性能数据记录系统。表2图三. 传感器位置示意图由于实验测量的目的主要是获得不同工况下叶片表面压力场的非定常流致脉动特性，因此主要测量工况信息包括泵转速n P800 r = min和速度比SR00： 9，其中SR代表涡轮机转速与泵转速之比以D/40： 1逐步增加。 此外，一个不稳定的速度-压力传感器典型参数及其不确定度分析。型号参数值（单位）Res1输入绝对压力1. 7（MPa）0. 01 Pa最大压力3.4（MPa）0.01 Pa操作励磁绝对值输出满量程输出100（mV）固有频率（min）150（kHz）6： 67×10- 6nP<$4800 r= min和SR从0.85降低的下行过程分辨率无穷小5： 88× 10- 82在短时间内达到0.1，以验证稳定的结果。的环境温度范围-55~120℃具体数值见表1：实验测量中使用的压力表为LL125 17BARA型Kulite动态微型贴片压力传感器（见图3），主要性能参数见表2：由于传感器采集的信号是通过桥式电路采集的，其分辨率几乎是无穷小的，而仪表的典型自然频率高于150 kHz，但在一定工况下实验测量的最大振动频率是转速最大时的叶片频率，即泵叶片转速：nP= 60 Z P320赫兹。根据奈奎斯特定理[22，23]，在实验测量中选择的采样频率为f s5kHz，是所需频率的10倍以上，能以较高的精度捕捉瞬态流量波动特征。为了使收集的数据具有代表性，首先根据计算流体动力学结果分析了定子叶片压力面上的典型叶片载荷分布及其特性【24】。然后，选择4个典型位置，在这些位置上嵌入4个高精度动态压力传感器;这些位置可以通过归一化通道径向（展向）位置lsp2½0;1]来描述。和归一化通道流向位置lst0; 1 .具体位置详见图3和表3：表1测量的实验条件条件泵速nP（rpm）速比Sr采样时间t（秒）稳态8000; 0：1;.. . ; 0：930 s/每个减速8000： 85~ 0： 123S热零点漂移±1%/100（°C）1不确定度分析结果，即测量的分辨率2补偿温度范围为25~ 80℃。2.2. 试验台和实验结果如图3所示，P302和P315可用于表征静叶前缘的压力分布特性，P315、P316和P321可用于测量和表征静叶通道中间流线附近的瞬态压力分布特性。此外，在变矩器的输入端（泵）和输出端（涡轮）附近安装了两个高精度轴编码器，分别确定和测量泵和涡轮叶片的相应角位置和角速度，从而可以准确记录叶片表面上的非定常压力分布以及基于时间的脉动结果对旋转机械流场中这种流致脉动的特征和机理也可作进一步的探讨。用于内部流量测量实验的物理试验台如图所示。 四、测量结果表明，在不同工况下，各测点的压力结果存在明显的波动特征。因此，这些测量结果值得进一步分析和探讨。3. 空间域因为压力根据速比、时间和位置这三个基本独立变量而变化，所以为了使分析更容易，我们只选择了这种瞬态的前0.3 sZ.克，W。魏角，澳-地Liu等人工程科学与技术，国际期刊30（2022）101042表44¼¼传感器的具体位置传感器P302P315P316P321位置lsp0.100.100.500.90lst0.150.500.500.50见图4。 内流测量实验台。图5是在不同速比和典型位置下的测量结果的典型示例，如图5所示。该图清楚地表明，所有典型叶片压力载荷结果均显示出强烈的脉动特性，即使在稳态运行条件下连续获得时域结果。为了区分压力分布特征和脉动特征，这里，首先将时域实验结果（Pexp）分解为压力平均结果Pave和压力脉动结果Ppul，即：Pexp Pav e注意，对于稳态操作条件，Pave代表3.1. 平均压力特性由于压力平均结果Pave可以代表叶片表面不同位置的压力分布结果，而这种压力分布特性可以用特定位置的典型压力结果来描述，包括叶片前缘沿展向的压力结果和沿通道流线即流向的压力结果。这些典型结果可用于描述和分析叶片表面载荷分布结果。从图5所示的Pave;302和Pave;315的平均压力结果，可以提取前缘处的数据，如表4所示。注意表4中各平均压力侧的偏移值是与相应脉动分布的均方误差有关的参数，其计算详见第3.2.2节。容易确定的是，在叶片的前缘处，在所有操作条件下，叶片根部附近的压力结果（lsp1/40： 15;Pave;302）略高于其中心附近的压力结果（lsp1/40： 5;Pave;315），并且这些压力在失速操作条件（SR0： 02）下达到峰值，读数为0.420 MPa;同时，这两个压力之间的差在此时最大。具体而言，后者的压力仅比前者大97.1%。注意，如表4所示，当速比增加到0.8时，该比率增加到高达99.5%。这从压力分布的角度进一步证明了在失速状态下，内流场受到的湍流影响最大。沿中心的压力分布相似流线方向（lsp：0： 5;lst： 0： 1~ 0： 9）（见表5）表明为测量点的平均绝对压力，Ppul为实验测量结果与平均绝对压力之差。对于降速条件，整个过程的平均值是没有意义的，所以这里截取一部分实验测量值结果相反;不失一般性，我们选择尽可能多的叶片压力沿流向分布的基本特征，即通道入口附近的压力（lst<$0：1;Pave;315）高于出口附近的压力（lst<$0： 9;Pave;321），但流向中部附近的压力（lst<$0： 5;Pave;316）在低速比下最低;3 ·f Max 在每个特定时刻的实验数据，然后然而，随着速比的增加，这一特征逐渐逆转具体地说，在SR1000： 7之后，这样的压力分布特征预-这些结果的平均值被视为平均压力Pave，而实验测量结果与相应的平均压力之间的差为Ppul。图五.稳态运行条件下定子在时间和空间域上的典型瞬态压力结果。发出了一种新的模式：入口附近压力最低，从入口到出口，压力分布逐渐增大，且分布结果逐渐趋于均匀。然而，这仅仅是稳态操作条件的结果。在实际操作条件下，速比根据驱动功率和负载之间的平衡而不时变化。因此，瞬态工况值得深入研究。最后，对减速工况下的瞬态压力结果进行了实测，验证了上述特征结果的一致性。更具体地，泵速度一直保持在800 rpm，而涡轮速度保持均匀地降低，直到速度比从SR0： 85下降到0.2。整个测量过程持续约20s，测量结果见图1。 六、可以看出，这些压力分布特性的趋势与稳态结果基本一致，即，在低速比下，SR为1/40：2~0：4时，前缘中心的压力（1 st 1/40：1; P av e; 315）仍然较高Z.克，W。魏角，澳-地Liu等人工程科学与技术，国际期刊30（2022）1010425¼¼2½]表4静叶前缘平均压力（lst <$0：15），单位：MPa。lspnSR0.02a0.20.40.60.80：50P3150： 4088： 8b时间：2019 -05- 180： 3664： 0时间：2019 - 02- 0900：00：0000： 3662： 10：15秒P302秒比时间00： 42012： 9百分之九十七点一0： 3987： 0百分之九十七点五0： 3723： 0百分之九十八点四0： 3652： 2百分之九十八点四0： 3682： 0百分之九十九点五a失速条件。b偏移值单位为kPa。表5静叶流向平均压力（lsp <$0：50），单位：MPa。lstnSR0.02a0.20.40.60.80：10P3150： 4088： 8b时间：2019 -05- 180： 3664： 0时间：2019 - 02- 0900：00：0000： 3662： 10：50P316时间00：306 - 06：00时间00： 31300：44时间：2019 -03- 2300：00：时间：2019 - 02- 0300：00：00时间：2019- 02- 1800：00：000：90P321时间00： 333 -08：00时间00： 33700： 33时间：2019-03- 2600：00：00时间：2019 - 02- 0600：00：00时间：2019-03- 26 00：00：00a失速条件。b偏移值单位为千帕。比叶片沿流向方向的其它部分的那些更小，和的压力在的中心的的叶片根在高速比（SR>0： 7）下，叶片表面压力分布沿中间流线从lst0： 2逐渐减小到lst0： 8。注意，对于每个稳定状态，外力都趋向于“动态平衡”状态;因此，内部流体也处于“动态准稳定”流动状态。因此，压力分布的差异相当明显，最大压力和最小压力之间的差异可达0.114 MPa。然而，减速工况处于相当不稳定的状态;更具体地说，在涡轮机的阻力矩的作用下，速比逐渐减小，这意味着涡轮机转速逐渐降低（实际上，由于控制系统的限制，在此减速过程中泵转速也有降低）。在此过程中，内部流动没有充分发展，导致压力分布差显著减小，因此定子的最大压差仅为0.022 MPa，比以前的结果降低了80.7%。但毫无疑问，这一结果更接近于一般工况下变矩器见图6。在减速工况下，静叶表面的压力分布会产生变化.3.2. 压力脉动特性对于压力脉动结果Ppul，多元件涡轮内部流场的相关研究表明，脉动特性与内部激振源即泵和涡轮的旋转运动直接相关[24];此外，叶排干扰效应对这些特性也有直接影响。因此，本文以输入轴和输出轴的转角为输入参数，进一步探讨了内流场流致脉动的特征和为了在空间域中模拟叶片相对位置，提出了周期性集中叶片分离分析方法（PLSAM），对脉动压力的周期性时域结果进行分解，重新划分与静叶相对位置相关的泵/涡轮叶片相对位置，最终阐明不同叶片相对位置对流场特征及其流致脉动特性的影响。3.2.1. 周期集总叶片分离分析方法由于气流在进入另一个叶片通道以引起相互作用之前没有完全发展，液力变矩器中的气流脉动不同于自激振动，如卡门涡列或驰振。然而，它与这些部件的叶片位置有着密切的关系为了解决这种情况，我们不仅要解决叶片在空间域中的因此，在本文中使用的PLSAM，以降低成本，同时保持精度。由于涡轮叶片的周向周期性，当泵/涡轮叶片返回到相似的相对位置时，存在一个特定的时间，该时间被称为泵/涡轮叶片周期。由于用于泵（ZP）、涡轮（ZT）和定子（ZS）的叶片的数量分别为22、24和20，因此对应的桨距角应该是P1/4360=ZP; T1/4 360=ZT和S1/4360=ZS。注意，这里的桨距角aP和aT小于aS;因此，我们可以将泵和涡轮叶片位置视为独立变量。我们假设X PS和X TS（其中X PS;X TS0; 1）表示归一化的相对叶片位置分别与所选定子相关的泵和涡轮叶片（见图7）。如上所述，为了在没有大的损失的情况下获取必要的频率信息，所选择的采样频率应该大于系统的最大频率的两倍，在这种情况下，最大频率是涡轮机或泵的叶片频率：Z.克，W。魏角，澳-地Liu等人工程科学与技术，国际期刊30（2022）1010426¼ð Þ ¼þ·¼¼ð Þ;一个P一个P;Sf最大值<$f最大值Pblade;最大值;f最大值Tblade;最大值Pblade;最大值和fs>2·f最大值。现在我们知道泵和涡轮的转速分别为nP和nT（其中nT<$SR·nP），这意味着它们的旋转角度应为：8>hP_t=360=60·nP·t_DhP_0基于PLSAM，我们可以将压力脉动从时域转换到空间域，从而进一步分析这种瞬态脉动在内部流场中的空间特性。hTt 360=60·nT·tDhT0：hStDhS0ð2Þ3.2.2. 空间域中的脉动结果图中的结果。 8来自空间脉动的结果其中t代表时间，DhP0;DhT0和DhS0代表最接近目标叶片位置的泵、涡轮和定子的初始叶片角度（此处，定子叶片被视为目标叶片;因此，DhS00，而0DhP0aP; 0DhT0aT）。<<<<具体地说，由于每个部件（泵、涡轮或定子）都有一个以上的叶片，如果我们选择下一个第j个叶片，那么初始旋转角应该是DhP0jDhP0jaP，而不是DhP0（其中P表示泵，对于涡轮可以用T代替，对于定子可以用S（2）表演。由于典型的变矩器具有三个基本部件，因此每个部件具有两个相邻的部件。以定子为例，其相邻的两个部件为泵和涡轮，则与该定子叶片的相对转角应为：压力传感器P315在不同的操作条件下，即，从速度比SR0到SR0：9，请注意，由于不同的操作条件结果不同，因此未附加图例来显示压力负荷，但这种差异将稍后再讨论。此外，作为Eq。（2）介绍，结果与初始旋转角度有关，但安装后，很难确定叶片的具体位置;然而，这个初始角度只影响位置而不影响分布特性。此外，由于角度传感器在所有操作条件下保持记录，无需复位，因此初始角度都相同。该初始位置可通过CFD结果进行分析。从这样的空间域在不同的速度比，如图。 8场演出。hPSt;jhPt-hStj·aShTSt;jh T t-hS tj·aSð3Þ4. 频域内流压力脉动为了探索定子状态参数U SB ; pul与其相邻叶片位置之间的关系，我们将叶片位置从时域映射到空间域;即，我们使用归一化的瞬态压力结果可以提供大量的频率结果[27]，这可以让我们清楚地了解频域中的脉动特性，并验证上述结果，因此，叶片表面的这种瞬态压力8>X我不知道你是谁。hPSt;j的T的T的定子在不同的速度比测量和快速-4傅立叶变换（FFT）。P315在SR¼0： 6下的典型结果叶片干扰频率幅值最大>：X你好;我是T ST;我是F。hTSt;j图中示出了两个点。 十六岁其中floor x表示最接近x但小于此数的整数;然后，我们可以使用薄板样条插值方法来映射这种关系，并将这种映射规则标记为fS：USBPLASMXTS;XPS在所有的频率结果中，这说明叶片干扰频率对静叶表面压力脉动结果的影响最大。泵叶片频率具有第二大振幅，这表明下游通道也影响定子的内部流动，在如此狭小的空间里。以同样的方式，我们可以将这些关系与泵和涡轮机映射为目标，如下所示：此外，我们可以容易地找到与泵叶片fPB、涡轮叶片fTB和叶片相互作用频率fblade;int相关的频率，其满足等式2中的数学关系。（十三）、UPB;PLASMXSP;XTP等离子体X射线PT;X射线Tð6Þ一旦我们获得了不同工作条件下的所有频率结果，我们就可以更清楚地了解这些关系（见图1）。 17）：可以看出，P315在几乎所有工况下的fPT仍然具有最大的振幅但也有一些频率振幅因条件而异[28]。当这些结果与其他位置（包括P302，P316和P321）的结果进行比较时，我们提取了与叶片或其相互作用相关的三个基频的振幅，结果如图所示。 十八岁该图清楚地表明，在所有运行条件下，前缘（P302和P315）处压力脉动结果的相互作用频率的幅值保持最大，并且在低速比时尤为突出。但是，随着速比的增大，这种幅值减小，这意味着随着速比的增大，泵转速与涡轮速比之间的差减小，即相互作用的影响已经减弱。对于那些在定子通道的中心或端部的情况，除了在高速比时，见图7。泵和涡轮叶片相对于静叶位置的通道中间流线展开示意图当SR>0： 7时，泵叶片频率的幅值大于叶片相互作用频率的幅值，这意味着>..PSTSZ.克，W。魏角，澳-地Liu等人工程科学与技术，国际期刊30（2022）1010427见图8。 在典型的操作条件下，压力脉动由Ppuls315图十六岁当SR<$0： 6时，P315处静叶表面压力波动的频率结果图十七岁 不同速比下Ppul315的FFT结果图18.压力脉动的频率振幅结果。在这些高速比条件下，泵叶片一旦瞬态压力数据经过快速傅立叶变换（FFT），就可以在内部流场和瞬态结果以及上游和下游中找到重要的旋转频率以及相互作用频率。这些结果还揭示了引起流激脉动的主要原因与涡轮叶片相对于静叶位置的连续切换密切相关，并且相互作用频率受泵轮转速比和叶片数比的影响。4.1. 三角特性首先，我们可以发现每个脉动结果在图8的三维中具有三角特性，其可以由原始正弦方程导出如下：Ppul;fit¼A·sinus 2pf·pullXPS-XTSpul0pul 7cm一旦这样的正弦型结果在三维坐标系中基于z轴顺时针旋转一个角度c（度）（右手定则），我们就可以获得如图所示的拟合曲线。9，其中，图。图9（a）是P315在失速状态下的比压脉动结果的例子，而图10（b）是P315在失速状态下的比压脉动结果的例子。图9（b）是2D坐标系中的拟合曲线：Z.克，W。魏角，澳-地Liu等人工程科学与技术，国际期刊30（2022）101042867--2345-¼16¼！！图9（b）清楚地表明，拟合曲线可以代表特定相关位置（XPS XTS）处压力数据的基本趋势，但是，当将每个相应相关位置处的实验数据与拟合曲线进行比较时，它具有特定的误差范围。通过对实验数据的进一步统计分析，可以发现这种误差分布服从高斯分布规律。 10是一个典型的例子：注意，拟合高斯分布已被归一化为概率密度函数（PDF），并且它有两个参数，平均值（即期望值）l和标准差（SD）r。 对于SDr，根据概率理论，当压力脉动实值结果的误差范围为l2 r;l2 r时，实值结果的期望值大于95.4%，误差小于5%，在工程上是可以接受的。因此，选择2r作为脉动结果的限制范围，或者说偏移值，如表4和5所示。然后，我们需要从空间域中的脉动结果中获得振幅A、寻常频率f和初始相位u0，如图8所示。我们记录Ppul;fit的坐标为XPS;XTS;Ppul，而Ppul;rot为XPS;rot;XTS;rot;Ppul;rot，则它们的关系可以写为：cosc-sinc0Ppul;rot/Ppul;fit·sin ccos c080 0 1图中所示的拟合曲线。图9（a）示出了正弦曲线的周期是平方的周期，其由归一化的X PS和X TS组成，因此如果我们使用（X PSX TS）作为自变量，我们可以得到f 1/4的结论，并且还可以发现该频率可以用于所有操作条件。艾迪见图9。失速条件下P315的压力脉动结果。见图10。对压力脉动结果与拟合曲线进行统计分析。从图 1 所示的拟合结果 可以得到 u0 0 ： 4274×7T0 和 A0 0 ： 0032MPa。 9，但注意到这两项会随操作条件而变化，当对所有拟合结果进行排序时，我们会得到下图（见图10）。 11）：从该图中，我们可以看到，压力脉动的振幅和初始相位都随着速比的增加而减小，这意味着当SR增加时，图9（b）中所示的正弦曲线将具有更大的振幅，并且基于三角函数特性而倾向于向右侧平移。从内部流动湍流的角度来看，低速比时流动的脉动特性要比高速比时剧烈得多，尤其是在失速状态下。另外，我们还可以发现，在前缘（P302和P315）的两个传感器的初始相位 θ几乎保持不变，而沿流向，随着lst 的增加（从P315P316P321），表示时间延迟同时，当SR增大时，这种/0的下降趋势将是流体流入通道的延迟的标志，或者说，这种内部流动的平均流速减小，但我们也可以发现在高速比条件下（SR>0： 8）的一些混乱，如果事实上，在这种操作条件下，循环流动将趋向于不均匀，并且叶排干扰的影响将被大大抑制，因此，在高速比条件下脉动的幅度也很小此外，叶片中心附近的压力脉动幅度（l st0： 1）在最操作条件除SR0： 2 0： 3 0： 8外，沿流向的脉动结果还出现了更有趣的现象，包括：见图11。不同工况下压力脉动的拟合参数。Z.克，W。魏角，澳-地Liu等人工程科学与技术，国际期刊30（2022）1010429¼¼¼·Σ·;SR· ZT-0即最大振幅将从入口流向位置（lst0： 1）移动到中心位置（lst0： 5）。当SR从0.1增加到0.5，这4.2. 扩展特性很容易发现，由于三角函数的特征，该3D拟合表面（如图9（a）所示）可以被扩展将这一拟合曲线结果加以推广，仍以P315在失速状态下的结果为例，可得到图1。 十二：这表明脉动曲线及其拟合结果在XPS和XTS方向上都是周期性的这样，两个方向上的结果将是连续的，并且可以从这样的空间域的结果中揭示时间空间中的一些信息。4.3. 移动信息如图7所示，泵叶片和涡轮机将在操作期间保持旋转。一旦将速度信息附加到脉动及其上述拟合曲线及其扩展曲线上，我们就可以建立空间域特性和时域特性之间的联系。在SR 1/4 0：6时，P 315的典型例子如图所示。 13岁在这里，我们可以看到，泵沿XPS方向以速度nP旋转，涡轮沿XTS方向以速度nT旋转，它们的速度矢量和为V，同时V与nP的夹角为b。从基本的几何关系，我们可以发现：图13岁脉动特性在空间域和时间域之间的联系坦布nT联系我们l：XTStanb1XPS（见图14）;因此，通过求解由（7）和（10）组成的方程组，我们可以获得与叶片位置和操作条件相关的新脉动结果：再次参考拟合曲线图（见图1）。 13（b）），我们注意到由于归一化处理，夹角b1与前一个b不同，因此，它应满足等式2。（十）：P脉冲;适合¼A·sin.2pf·1-SRZTXZPPS-1u0ð11ÞnTZtanb1¼360=ZT 公司简介ZPð10Þ或者：nP360=ZP考虑到扩展特性，我们可以发现在时域中的脉动结果可以被建模Ppullfit¼A·sin.2pf·。. 1ZP1XTSu12即速度矢量和V0代表工作状态，其运动轨迹位于与XPS-XTS平面垂直的平面内，并与一直线见图12。 拟合曲线的扩展特性。我们仍然可以发现脉动结果具有特征正弦函数;事实上，它也是两个曲面的相交曲线（见图10）。 14），包括正弦曲线表面从方程。（7）和Eq.的平面。（十）：图14. 脉动拟合结果：两个曲面的相交曲线。Z.克，W。魏角，澳-地Liu等人工程科学与技术，国际期刊30（2022）10104210intZPSR· ZT-图15. 在SR 1/40： 6处的空间域中的扭矩结果。由三角函数的性质可知，压力脉动在时域上具有周期性，istics，并且在交互过程期间的交互频率fint为：我们可以很容易地发现单叶片的扭矩颤振和内部流动压力脉动几乎有相同的模式。它们都表现出典型的三角函数特性，且这两个特性与XPS和XTS密切相关，甚至在空间域上具有相同的脉动频率f。两种方法的差别仅在于振幅和初始相位角等具体参数的不同，因此，PLASM和PLSM可以将内部流动特性与性能结果联系起来，并可用于反求设计方法等领域5. 结论通过实验测量和PLASM分析，对典型液力变矩器内部的瞬态流动特性以及相应的流致脉动进行了测量和探索，得出以下结论1. 瞬态实验结果表明，这种多元件流体动力学耦合器内部流场存在强烈的流致脉动，其中压力脉动幅度可达绝对压力结果的6.14%;2. 微观流场压力脉动实验结果显示出明显的脉动，且受相关叶片位置的影响，这一结果也得到了叶片扭矩仿真结果的证实;3. 改进后的PLSAM可将压力脉动结果分解到空间域，从而有助于阐明其机理，即脉动结果与泵、涡轮叶片相对于静叶位置之间具有典型的三角关系;4. 闭式涡轮增压器内部流场的测量有助于了解压力脉动，特别是压力脉动在空间域的变化，压力脉动具有典型的三角函数特性，与性能分析结果有着密切的联系。5. 相互作用频率和旋转频率是sig的。在流动通道的上游和下游都很重要f¼.1-SR·ZTf或F1/4。1个ZP1名妇女fð13Þ前者受速比和叶片的影响泵和涡轮的数量比注意，该相互作用频率是基于激励频率的强制脉动频率;例如，当泵的轴频率f 轴作为激励频率或强制脉动频率时，相互作用频率f轴;int为f轴;int=SR·ZT=ZP·fPshaft，但是，当它转到旋转轴时，叶片我们也可以从Eq。（10）水泵和水轮机叶片数的比值会影响相互作用频率，因此，选择合理的水泵和水轮机叶片数是避免传动系统可能发生共振风险的有效途径。4.4. 性能特点叶片压力分布结果将最终影响叶片扭矩结果，即，变矩器的性能。因此，了解压力脉动及其性能结果之间的区别和联系是非常重要的。基于拟集总叶片模拟方法（PLSM）[26]，可以获得与相对叶片位置相关的扭矩结果，图中显示了n P<$42000 rpm和SR <$40：6的叶片扭矩结果的典型示例。 十五：CRediT作者贡献声明柯志芳：概念化，数据策展，写作-初稿，方法论。魏巍：概念化、方法论、编审、督导.刘成：可视化，验证，写作-评论编辑。严庆东：监督，资源，写作-评论编辑.休斯顿伍德：监督，资源。竞合利益作者声明，作者未报告潜在竞争利益或利益冲突。致谢本研究得到了国家自然科学基金（批准号：柯志芳博士获得国家科技部基础产品创新项目（批准号：51475041和51805027）、国家部委我们还感谢Pint不Z.克，W。魏角，澳-地Liu等人工程科学与技术，国际期刊30（2022）10104211AJE（www.aje.com）在本手稿翻译期间提供的语言帮助。引用[1] D.郭先生Chang，S.P. Shanks，S.R.张文，三维不可压缩Navier-Stokes流场的数值模拟，国立台湾大学机械工程研究所硕士论文，2000https://doi.org/10.2514/3.9279[2] A. Perdichizzi，M.Ubaldi，P.Zunino，涡轮叶栅下游的雷诺应力分布，实验。热 流体 科 学 5（ 3 ） （1992 ） 338 -350，https：//doi. org/10.1016/0894-1777（92）90079-k。[3] K. 藤 谷 河 Himeno ， M. Takagi ， 液 力 变 矩 器 流 量 的 计 算 研 究 ， SAE 技 术 文 件881746 ， SAE International ， Warrendale ， PA （ 1988 年 11 月 ） 。 doi ：10.4271/881746。[4] R.R. 作者：R.F.昆茨湾张文，张文，等，汽车液力变矩器泵内流场的数值模拟。 流体工程，译ASME 117（1）（1995）116https://doi.org/10.1115/1.2816800[5] T.W. von Backström ，B.汽车液 力变矩器的 流体动力学 和性能： 评估， J。Fluids Eng.118（4）（1996）665 https://doi.org/10.1115/1.2835494。[6] H. 舒尔茨河格莱姆，W.叶文辉，液力变矩器内三维粘性流场的计算，机械工程学报。118（3）（1996）578https://doi.org/10.1115/1.2836705[7] B.V. Marvel，B. Lakshminarayana，D.G. Maddock，汽车变矩器涡轮下游和定子内部的定常和非定常流场的实验研究：第一部分-涡轮出口处的流场，在：TurboEXP1995，ASME，Houston，Texas，1995，第V001 T01 A065页。doi：10.1115/ 95-GT-231。[8] B.V. Marvel，B. Lakshminarayana，Y.董，汽车液力变矩器静叶出口流场的实验 与 数 值 研 究 ，J.Turbomach 。 118 （ 4 ） （ 1996 ） ，https://doi.org/10.1115/1.2840941。V001T01A008。[9] Y.东湾，澳-地Lakshminarayana，D. Maddock，液力变矩器泵和涡轮出口处的定常和非定常流场，J.FluidsEng.120（3）（1998）538https://doi.org/10.1115/1.2820696。[10] K.布伦河Flack，汽车变矩器涡轮中的激光测速仪测量：第一部分-平均测量，J.Turbomach 。 美 国 机 械 工 程 师 协 会 119 （ 3 ） （ 1997 ） 646-654 。 doi ：10.1115/1.2841170。[11] K.布伦河Flack，汽车变矩器涡轮中的激光速度计测量：第二部分-非定常测量，J.Turbomach。译ASME 119（3）（1997）655doi：10.1115/1.2841171。[12] Y. Kunisaki，T.小林T.萨加湾Taniguchi，S.塞加瓦角Kajitani，T. Fukunaga，T.田坂，汽车液力变矩器内部流场研究[13] C. Meneveau，J. Katz，平均通道流模拟中转子-定子相互作用的确定性应力模型，J.FluidsEng.Trans.ASME124（2）（2002）550https://doi.org/10.1115/1.1458580。[14] O. Uzol，Y.C. Chow，J. Katz，C. 张文，应用粒子图像测速技术对双级轴流发动机内非定 常 流 场 的 实 验 研 究 。 美 国 机 械 工 程 师 协 会 124（ 4） （ 2002 ） 542-552 。 doi ：10.1115/1.1509077。[15] Y.D. 崔，K.西野，J. Kurokawa，J. Matsui，甚低比转速半开式叶轮内部流动特性的PIV测量，Exp。Fluids 37（5）（2004）617https://doi.org/10.1007/s00348-004-0838-7[16] K.P.林奇，F. Scarano，时间 分辨层析PIV 的MTEMART 有效和准确方法 ，Exp.Fluids 56（3）（2015）66，https://doi.org/10.1007/s00348-015-1934-6。[17] D.H. 叶栅干扰对颤振和强迫响应的影响，J. Propul. Power 11（2）（1995）205https://doi.org/10.2514/3.51412[18] E.