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原文传递基于CLSVOF方法的油气悬架两相流力学性能研究与优化

论文题名：	基于CLSVOF方法的油气悬架两相流力学性能研究与优化
关键词：	矿用自卸车;油气悬架;两相流流场;CLSVOF方法;力学性能
摘要：	矿用自卸车被广泛的运用在大型矿山中，由于其载重及自重量大且行驶条件恶劣，导致行驶平顺性和操纵稳定性差。而油气悬架作为连接矿用自卸车车架与车轮的唯一部件，传递着车轮与车架之间的力和力矩，其力学性能的好坏对矿用自卸车的平顺性有着较大影响。良好的油气悬架力学性能，能大大改善整车的平顺性。对油气悬架力学特性进行精确研究，准确获取油气悬架力学性能，对其性能进行优化，对提高整车的平顺性是非常有必要的。　　本文的研究对象为油气不分离式油气悬架，油液与氮气直接接触，力学特性复杂且流体物理性质多变，传统油气悬架数学模型不能体现油气悬架内部流体的流动细节，无法精确的指导油气悬架结构的优化设计。故利用能体现流体流动细节的两相流流场数值模拟方法，对CLSVOF方法进行改进，使其能在考虑流体物性变化的基础上，对油气悬架内部两相流场进行数值模拟，精确的研究了油气悬架两相流的力学特性。并在此基础上，从矿用自卸车的平顺性出发，设计了力学性能优良的油气悬架结构。本文的主要研究内容包括：　　1.考虑气体与油液物性变化，建立了油气悬架热力学模型。矿用自卸车自重及载重量大，油气悬架内部压强最大可达到几十兆帕，而油气悬架中油液与气体直接接触，存在着气体溶解现象，在考虑气体溶解的同时，利用实际气体状态方程建立油气悬架刚度力数学模型；考虑油液粘温特性，建立油气悬架阻尼力模型，分析温度对油气悬架刚度与阻尼力的影响；分析油气悬架系统的传热过程，对油气悬架进行热力学建模，预测油气悬架平衡温度，为后续油气悬架两相流仿真提供准确的温度环境及物性参数。　　2.分别利用CLSVOF方法与VOF方法对油气悬架进行两相流数值模拟，选取仿真精度较高的方法作为油气悬架两相流数值模拟方法。对CLSVOF方法的原理与关键步骤进行了分析，CLSVOF方法由VOF方法与Level Set方法耦合而成，集合了两者的优点；分别利用CLSVOF方法与VOF方法对油气悬架进行仿真分析，并在此基础上，建立油气悬架虚拟实验台，利用矿用自卸车随机道路平顺性试验过程中监测的油气悬架上下支点实验数据，对仿真结果进行验证分析，对两种方法的精度进行对比分析，验证了CLSVOF方法对油气悬架两相流数值模拟的精确性。　　3.对CLSVOF方法进行改进，在其连续性方程中添加源项，使其能在对油气悬架两相流进行数值模拟时，计算由气体溶解性造成的油液与气体之间的质量转移，提高计算精度。对油气悬架两相流流型进行了细致的分析，油气悬架不仅属于波状振荡流动，且相与相之间存在由气体溶解造成的质量转移；对CLSVOF方法进行改进，利用UDF的形式在其中添加质量源项，使其能计算油液与气体之间的质量转移，对油气悬架两相流进行精确数值模拟；并利用油气悬架虚拟实验台，验证了改进CLSOVF模型的准确性。　　4.基于油气悬架两相流数值模拟，对油气悬架结构进行了优化设计。以充气高度、Ⅱ腔截面积、阀系结构流量系数等，对油气悬架力学特性有着较大影响的参数为优化变量，对整车平顺性进行优化分析。并基于两相流方法，对油气悬架中阻尼孔与单向阀的流场进行分析，研究其细节结构与流量系数之间的关系。以最终优化结果，对油气悬架阀系细节结构进行优化设计。
作者：	邓佩瑶
专业：	机械工程
导师：	谷正气
授予学位：	硕士
授予学位单位：	湖南大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文