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摘要
精细刻画液力偶合器内部非定常多尺度三维涡结构对于揭示液力偶合器流场时空演化规律与能量损耗机理具有重要意义。该研究基于计算流体动力学理论，采用应力混合涡湍流模型多尺度解析模拟制动工况下液力偶合器三维旋涡流场。通过3种不同的涡识别方法提取涡轮内部多尺度涡系结构，从空间重构效果、阈值选择范围及敏感性角度分析不同涡识别方法的适用性。依托粒子图像测速(Particle Image Velocimetry,PIV)流场试验验证数值模拟及涡结构辨识结果的准确性与可靠性。围绕三维涡结构特征解析结果和二维流场图谱信息，分析并揭示流道内部湍流的时空演化规律及能量损耗机理。结果表明：Q准则方法的阈值选择盲目性大，难以同时识别强涡与弱涡结构，丢失很多涡结构细节特征，无法准确预测三维涡空间连续性运动趋势；?方法能够在阈值范围为0.51～0.59内辨识弱涡结构，但涡系空间重构后涡的运动趋势感不强；?L方法对阈值不敏感，在阈值范围为0.51～0.67内该方法空间涡系重构效果最好，强涡、弱涡结构特征识别度高。制动工况下涡轮内部整体流动为逆时针大尺度环流，并伴有小尺度涡流等局部流动现象，与主流涡运动相同旋向的旋涡促进主流旋涡运动，相反旋向的旋涡阻碍主流旋涡运动，由于涡的撕裂、破碎、分离、碰撞、摩擦、挤压等作用，导致流体能量损失，以热能形式耗散。研究结果可为液力偶合器结构设计与优化提供理论与技术指导。
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单位汽车仿真与控制国家重点实验室; 吉林大学
