摩擦片摩擦片冷却油油植结构的CFD仿真分析

代表流场的方式有很多种，本文选取速度矢量图来对比三种油槽的散热冷却效果，可以间接的分析出油液的利用率与冷却率，为实际的生产设计提供一定的理论。CFD的求解过程主要包括建立控制方程、确定边界条件与初始条件、划分计算网格等九个步骤[43〕。
可以直观地看出在CFX仿真中冷却油的速度大小与方向。当离合器转动起来的时候，油液由进油口流入，分为两部分流动，一个方向是根据右手定则进行转动，这部分的冷却液受到离心力的作用绕着圆周方向转动；另一个方向则是由进油口流向出油口，顺着油槽的方向流动，最后流到离合器盖的壁面上。由于冷却油流入油槽存在时间上的不统一性，流速图表现出来的是单个粒子的运动方向，因此，流速图上面出现的不均匀与断层属于正常现象。在图3.6中可以明显地看出来，在摩擦片内边缘与外边缘处，存在一定程度上的扰流现象，这是由于当离合器高速旋转时，冷却液由于离心力的作用，撞击在壁面上形成扰流，扰流的存在对冷却液流动的顺畅性会产生一定的影响，由于扰流会产生反作用力，这种力会降低扰流附近的油的流速。在沿着油槽方向上的冷却液由于受到进油口压力与离心力的共同作用，冷却液顺着油槽从摩擦片内边缘流到外边缘，外边缘的油液继续沿着摩擦片的旋转方向流。

冷却油由进油口进入，主要分为两个方向的运动，一个方向是沿着螺旋槽进行流动，另外一个方向则是沿着径向油槽进行流动。由图3.8可以看出，由于螺旋油道较长，在其内的油的流速越来越低，在局部区域会出现流量不足的情况，不均匀与断层现象比较明显，而径向槽由于油道短，油液流速会比螺旋槽区域高。在油槽内端与外端由于撞击壁面,局部区域仍然存在扰流现象。在径向槽与螺旋槽的交叉处，两种方向的油液会相遇，由于流速差别较大，会产生比较强烈的冲击，因此，扰流现象会比较明显,此处还会引起涡流现象。
油液的最大速度位于双圆弧槽内，油液进入槽口后除了绕圆周方向的运动，还由于自身旋转的作用，油液在弧形分支处进行分流，另外一个是沿着左侧油槽流动，还有一个是沿着右侧油槽流动，由于沿着右侧油槽流动的冷却液与摩擦片转动方向一致，所以此处的油液的速度要明显高于沿着左侧油槽流动的油液,右侧油槽处会出现红色高流速区域，如图3.10所示。由于油液运动方向不同，在各个油槽的交叉处油液的流速会明显低于油槽内其他区域内的速度，各支流在出口处合并，由于合并处的速度相差较大，因此会产生比较明显的涡流作用，涡流作用会对油液的流动速度产生比较明显的降低作用，因此，外边缘的油液的流速要低于内边缘处的速度。

为了更好地对比三种类型油槽的摩擦片的冷却液流速，在摩擦片上取6个关键的点，分别是：进油口的最高速度、进油口的最低速度、出油口的最高速度、出油口的最低速度、油槽处的最高速度、油槽处的最低速度，具体的对比数据如表3.2所示。这均是在转速在600r/min,进油口流速是20L/min的情况下进行仿真。

进油口的进油口的出油口的出油口的油槽处的油槽处的最高速度最低速度最高速度最低速度最高速度最低速度
    /m-s'1    /ms'    /m・s』    /m・s"    /m*s_1    /m's1
径向槽    0.698~    0.698〜    0.698〜    0.017〜    0.206-    1.38〜
    2.06    2.06    1.379    0.698    2.741    2.06
螺旋径向    0.71〜    0.0017〜    0.0017〜    0.0017〜    2.12〜    0.0017〜
槽    1.42    0.71    0.71    0.71    2.83    0.71
双圆弧槽    1.179〜    1.179-    0.036-    0.0033〜    2.24    1.179〜
    2.202    2.202    1.179    0.036    2.5    2.20

根据以上表格，可以明显看出，径向槽在进出油口的速度差相差不大，说明径向槽内的油液流动性比较好，并且进出口处的流速较大，能够有效的促进冷却液的流动，但是冷却液的利用率不高。双圆弧槽在进出油口速度相差较大，冷却液流动性较差，出口处流速也不大，说明冷却液在槽内滞留时间较长，热交换比较充分，冷却液利用率高，但是冷却液的温度升高的比较快，对粘度系数有较大的影响，螺旋槽介于中间。
表3.3径向糟各个转速下的润滑油流动速度
Table3.3Oil'sflowvelocityunderdiflferentspeedoftheradialgroove
300r/min下600r/min下900r/min下1200r/min下测量速度位置
    的速度/msi    的速ft/m-s*1    的速/m・s」    的速度/m・L
摩擦片外径处    0.441    0.698    0.996    1.264
摩擦片油槽内    1.426    2.741    3.995    5.228
摩擦片内径处    0.724    1.379    1.973    2.692

表3.4螺旋径向槽各个转速下的润滑油流动速度
Table3.4Oil'sflowvelocityunderdifferentspeedofthespiralradialgroove
测量速度位置    300r/min下
的速度/msi    600r/min下
的速度/ms】    900r/min下
的速度/ms】    1200r/min下
的速度/m-s-1
摩擦片外径处    0.441    0.698    0.996    1.264
摩擦片油槽内    1.257    2.641    3.746    5.169
摩擦片内径处    0.615    1.322    1.832    2.601
    表3.5双圆弧槽各个转速下的润滑油流动速度    
    Table3.5Airvelocityofdifferentstructures    
测量速度位置    300r/min下
的速度/msi    600r/min下
的速度/m-s-1    900r/min下
的速度/m・s」    1200r/min下
的速度/m・s」
摩擦片外径处    0.386    0.756    1.058    1.412
摩擦片油槽内    1.102    2.202    3.007    4.392
摩擦片内径处    0.515    0.985    1.498    1.926

由上面三张表可以看出，径向槽，螺旋径向槽，双圆弧槽三种槽型各点流速随着转速的提高，速度都相应增大。但是并不是成直接的线性关系，转速线性增长时，流速的增长却趋于缓慢。这也符合实际工况，油液具有一定的粘度，随着摩擦片的转速线性增长，槽内的油液速度基本随油槽线性增长，但摩擦片的内外径处油液由相对静止状态随着摩擦片旋转而旋转，其速度具有一定的滞后性，并不能以线性增长，增长速率较慢。