[发明专利]基于有限元的硅油风扇离合器散热性能分析方法

说明书

本发明公开了基于有限元的硅油风扇离合器散热性能分析方法，该方法建立了硅油风扇离合器的三维结构模型并进行简化；根据液粘传动理论，运用理论知识计算硅油风扇离合器工作时的生热率和壳体散热率，并对硅油热源进行重构；利用网格划分软件划分网格，将计算得到的物理参数输入；再通过流体力学软件对硅油风扇离合器模型进行仿真，并对计算结果进行后处理，以进一步分析硅油风扇离合器的散热性能。该方法能够准确的分析硅油风扇离合器在不同工况下的散热性能和硅油的温度情况，从而节约了实验所需要的大量时间，并解决了实验测量温度不准确等问题。为硅油风扇离合器的结构改进提供了理论依据。本发明涉及汽车零部件计算机辅助工程技术领域。

技术领域

本发明涉及汽车零部件计算机辅助工程技术领域，特别涉及基于有限元的硅油风扇离合器散热性能分析方法。

背景技术

作为汽车冷却系统中重要的动力传递元件，硅油风扇离合器在发动机冷却性能中扮演重要的角色。硅油风扇离合器作为液压传动件，散热过程是一个流固耦合系统。工作过程中由于主动盘、从动盘滑差剪切硅油导致硅油温度升高，硅油的粘度随着温度升高而呈现线性减小，使得硅油风扇离合器传递扭矩的能力降低，从而导致整个风扇冷却系统工作效率降低。

目前，对硅油离合器散热方面的研究非常少，国内主要采用测温仪器对硅油风扇离合器表面温度进行提取，这种方式存在一定的缺点：1、硅油风扇离合器工作时转速过快，无法测量离合器内部硅油的工作温度。2、为保证测量结果的准确性，通常需要反复试验，这种方式浪费了大量的工作成本。因此硅油风扇离合器工作时的温度和内部硅油温度分布可以通过有限元仿真计算完成，把不方便提取的数据转换成可视化的图像和能够处理的数据。

硅油风扇离合器的散热可以用有限元方法进行仿真，但是硅油风扇离合器内部结构复杂，仿真模型的建立，相关参数的导入等因素均会对结果产生很大的影响，而目前相关研究建立的计算模型比较简单，未考虑硅油风扇离合器内部的主动盘、剪切槽等结构，计算结果并不准确。因此需要对仿真和计算方法进行研究和改进。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷和不足，提供了一种基于有限元的硅油风扇离合器散热性能分析方法，该方法能准确分析硅油风扇离合器在不同工况下的散热性能。

本发明的目的可以通过如下技术方案实现：基于有限元的硅油风扇离合器散热性能分析方法，包括如下步骤：

通过三维建模软件建立包括主动盘、从动盘以及离合器壳体的硅油风扇离合器三维模型；

将连续的硅油槽分解为若干个不同剪切半径的圆柱剪切槽和圆环剪切槽，并在三维模型中将相邻的两个圆环剪切槽和两个圆柱剪切槽合并为一个剪切槽；

建立单个剪切槽内的硅油生热方程：Q₁＝Kπ(M_a+M_c)(Δn)/30，其中Q₁为生热率，M_a为圆环剪切槽传递扭矩，M_c为圆柱剪切槽传递扭矩，Δn为主动盘与从动盘转速差，K为生热系数；根据硅油生热方程计算每个剪切槽的生热率；

建立硅油风扇离合器壳体散热方程：Q₂＝(h₁+h₂)(T_o-T_a)(ηA₁+A₂)，其中Q₂为散热率，h₁为对流换热系数，h₂为辐射换热系数，T_o为离合器壳体表面的温度，T_a为工作环境温度，ηA₁为离合器壳体肋片的有效表面积，A₂为壳体表面的面积；根据散热方程计算硅油风扇离合器壳体的散热率；

利用网格划分软件划分硅油风扇离合器的网格，并生成流体力学软件能够识别的网格输入文件，将网格输入文件输入流体力学软件；