制動工況下液力偶合器渦輪軸向漩渦流場試驗分析

柴博森，項 玥，馬文星，趙恩鵬，寇尊權

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制動工況下液力偶合器渦輪軸向漩渦流場試驗分析

柴博森1，項 玥2，馬文星1※，趙恩鵬1，寇尊權1

（1. 吉林大學機械科學與工程學院，長春 130022；2. 吉林省產品質量監(jiān)督檢驗院，長春 130103）

軸向漩渦流動是研究液力偶合器能量損耗的重要基礎。該文基于粒子圖像測速技術采集制動工況下液力偶合器軸向漩渦流場圖像，通過圖像處理技術識別并提取液力偶合器外壁面上特殊幾何結構所呈現的光學特征，完成流動圖像動態(tài)標定。利用霍夫變化直線檢測算法識別泵輪軸向流場流速方向，通過圖像互相關算法并采用查詢窗口偏移技術提取渦輪軸向漩渦流場結構，應用誤矢量識別算法檢測錯誤流速矢量并予以剔除，獲得優(yōu)化的流動圖譜。研究結果表明：泵輪軸向流場中液流是一種復合加速運動；渦輪軸向流場中液流是一種多尺度漩渦流動，主流區(qū)域上流速值為0.2～0.4 m/s，葉片與壁面組成的角隅區(qū)域上形成小尺度渦旋，角隅區(qū)域上流速值為0.6～1.1 m/s。上側葉片與泵輪、渦輪交界面處的角隅區(qū)域上存在與主流循環(huán)流動方向相同的小尺度渦旋，渦量數值為-8 s-1，此處渦旋將促進液力能量的傳遞與轉換，其他3個角隅區(qū)域上的渦旋方向與此相反，渦量數值分別為13、15和20 s-1，由于該局部區(qū)域小尺度渦與主循環(huán)渦的相互混合作用，引起流動遲緩，造成能量損耗。試驗研究結果將為液力偶合器軸向漩渦流動現象提供有價值的參考依據。

偶合器；渦流；圖像處理；邊緣檢測；粒子圖像測速；軸向漩渦；動態(tài)標定；查詢窗口偏移

0 引 言

液力偶合器是依靠工作液體動能的變化傳遞和實現能量變換的液力傳動元件[1-2]。在重載、大功率設備的調速驅動方面，液力偶合器表現出卓越的傳動性能，其廣泛應用于國民經濟眾多領域中的重要機械設備[3-5]。深入研究液力偶合器內部流動特性對于其性能改進和結構優(yōu)化設計極為重要。液力偶合器內部流場是具有多種流動狀態(tài)和結構的非定常流場。目前，研究液力偶合器內部流場的主要方法是數值模擬與試驗測量。在數值模擬方面，計算流體動力學（computational fluid dynamics，CFD）已成為液力偶合器非定常漩渦流場數值模擬的主要研究手段[6-7]。國外，學者Huitenga等通過CFD技術優(yōu)化了液力偶合器流場結構，實現了產品性能提升[8-9]；Bai等基于流固耦合數值模擬方法研究了液力偶合器徑向流場結構的演化規(guī)律[10]。國內，何延東等基于CFD數值模擬了液力偶合器在部分充液率下的流場結構，預測并繪制了不同充液率下的外特性曲線[11-13]。中國礦業(yè)大學張德生等通過CFD仿真分析了桃形腔液力偶合器流場結構分布特征，并優(yōu)化了偶合器幾何結構[14-15]。液力偶合器CFD仿真結果的驗證是一項重要的科研課題，為了判斷數值模擬結果的精度，必須通過試驗測量方法來驗證CFD計算結果的可靠性和準確性。在試驗測量方面，國外Hampel等應用伽瑪層析成像技術重構了液力偶合器內部流體體積分布，研究了葉輪之間的流體質量和能量的局部傳遞機理[16]。隨著流動可視化技術和圖像處理技術的發(fā)展，粒子圖像測速（particle image velocimetry，PIV）技術逐漸成為液力偶合器流場測量的主流試驗技術。國內，吉林大學柴博森等[17-21]應用PIV技術對普通型液力偶合器流場進行了試驗測量研究。范麗丹等[22]對液力偶合器氣液兩相流進行了PIV試驗測量研究，并分析了部分充液率下的流場結構分布特征。試驗技術的快速發(fā)展將促進液力偶合器內部漩渦流動現象的深入理解。雖然國內外學者對液力偶合器流場進行了大量研究工作，但是研究成果主要以液力偶合器徑向切面流場研究為主，對于軸向切面流場的研究成果卻鮮見報道。由于缺少對于液力偶合器軸向漩渦流動現象的基礎性科學研究，因此，還未能全面準確地揭示液力偶合器流場的演化規(guī)律和流動能量的損耗機理。流場基礎理論研究的不足將制約液力偶合器技術的發(fā)展。

本文通過PIV技術開展液力偶合器軸向切面漩渦流場試驗研究，在制動工況下，采集軸向切面非定常漩渦流場圖像，通過圖像處理技術實現流速場和渦量場結構特征參數的量化提取，分析軸向漩渦流場結構演化規(guī)律并揭示軸向漩渦造成能量損耗的機理。

1 流場可視化試驗

1.1 PIV試驗測量系統(tǒng)

采用有機玻璃材料制造透明型方腔液力偶合器模型樣機，如圖1所示。液力偶合器循環(huán)圓直徑為230 mm，葉輪整體寬度為90 mm，總容積為2 710 mL，泵輪葉片數為13個，渦輪葉片數為12個。泵輪、渦輪的葉輪形狀和大小相同，且為對稱安裝。精車加工液力偶合器的輸入軸和輸出軸，以提高傳動軸的旋轉精度而減小振動，傳動軸兩側采用雙支撐方式以提高模型樣機的強度。在試驗過程中可以任一葉輪作為泵輪輸入，另一葉輪作為渦輪輸出。為了避免試驗過程中流動介質流失，采用橡膠防水密封圈進行密封，如圖1a所示。為了便于試驗測量，對液力偶合器模型樣機的外形進行了特殊設計與制造，將渦輪外壁制造成較大的平面區(qū)域，如圖1b所示，CCD相機置于模型樣機大平面的一側，不僅可以有效地降低壁面反光的影響，有利于提高采集圖像的質量，同時考慮到大平面一側為單層有機玻璃，在這一側采集圖像可以降低由于有機玻璃介質光學折射而帶來的圖像采集誤差，以提高圖像采集的質量。對泵輪外壁面切制倒角特征的幾何結構，如圖1b中圓圈標記的壁面倒角結構，以該壁面倒角結構作為軸向圖像采集過程中的圖像標定參考物。

PIV試驗測量系統(tǒng)主要由機械部分、激光片光系統(tǒng)和圖像采集部分構成，如圖2所示。機械部分主要由天津市林普機電有限公司生產的YS7124型三相異步變頻調速電機、上海摩億公司生產的EMT260型激光轉速測量儀、長春通用機械廠生產的CLZ型聯(lián)軸器以及2CY型齒輪泵負載裝置組成。激光片光系統(tǒng)由中國西安遠訊光電科技有限公司制造，激光光源型號FIBER-21，可提供最大輸出功率為1.5 W的激光片光，片光厚度為 1 mm。圖像采集部分主要由中國大恒集團有限公司生產的BM/BB-141GE數字相機及配套采集軟件組成，相機幀頻為30 幀/s。

圖2 PIV試驗測量系統(tǒng)

以蒸餾水作為流動介質，以鋁粉作為示蹤粒子，通過電子天平稱1.5 g鋁粉加入液力偶合器流場，鋁粉粒子直徑約為20m。在黑暗的環(huán)境下進行試驗測量，以避免由于強烈背景光的存在而導致圖像信噪比降低。激光片光將待測液力偶合器軸向切面流場照亮，激光片光位置距離液力偶合器外環(huán)30 mm。為降低成像偏差帶來的離源測量誤差[23]，保證CCD相機光軸垂直于激光片光。CCD相機鏡頭距離激光片光的垂直距離為180 mm。

1.2 曝光時間

根據PIV流場測量理論，在曝光時間內示蹤粒子最大位移為查詢窗口（interrogation window，IW）的寬度?？紤]到查詢窗口邊界區(qū)域上有粒子的流入和流出，將會影響采集流場圖像的有效性，Westerweel等[24-25]建議粒子最大位移不能超過查詢域邊長的25%，因此粒子最大位移應滿足

式中max是粒子最大位移，m；max為測量平面上的最大速度分量大小，m/s；為曝光時間，s；是圖像比例系數，m/pixel；int為正方形查詢窗口邊長方向上覆蓋的像素數目；pitch是單個像素的寬度，pixel。

在本文實際流場計算中，設置查詢窗口大小為32×32 pixel，即int取值為32個像素，由式（1）確定曝光時間的上限值為

曝光時間的微小變化將導致CCD相機采集流場圖像效果的嚴重差異性。為了保證曝光時間內前、后2幀流場圖像變化不大，在滿足式（2）的前提下，應不斷縮短曝光時間數值。最終選擇曝光時間為5 ms。

2 流動圖像采集與標定

2.1 圖像采集

在制動工況下，泵輪輸入轉速為200 r/min，渦輪轉速為0，采集液力偶合器軸向切面連續(xù)4幀粒子流動圖像，如圖3所示。在渦輪軸向切面流場中可以看到大尺度的漩渦流動。

a. 第1幀 a. First frameb. 第2幀 b. Second frame c. 第3幀 c. Third framed. 第4幀 d. Forth frame

2.2 圖像預處理

通過圖像灰度化增強和Canny邊緣檢測算法識別泵輪流場圖像中粒子運動軌跡的圖像邊緣，然后基于霍夫變換（hough transform，HT）直線檢測算法提取泵輪流場圖像中具有直線特征的粒子運動軌跡，并標記出粒子運動速度方向[26-27]，如圖4所示。為了有效地抑制渦輪流場圖像中的低頻信號，降低圖像中噪點的影響程度，通過自適應灰度直方圖均衡化和高通濾波降噪處理，可以增強渦輪軸向切面流場圖像中粒子流動特征的可識別質量，如圖4所示，從圖像中可以更加明顯地看到大尺度漩渦流動現象。

a. 第1幀 a. First frameb. 第2幀 b. Second frame c. 第3幀 c. Third framed. 第4幀 d. Forth frame

注：圖像左側為渦輪流場，圖像右側為泵輪流場。

Note:Left side of image is turbine flow field, the right side of image is impeller flow field.

圖4 軸向切面流場圖像預處理結果

Fig.4 Image preprocessing results of axial cross section flow field

2.3 流動圖像標定

為了提高流動圖像的標定精度，實現標定圖像和流動圖像采集的同步性，在模型樣機泵輪外壁有針對性地加工制造一個倒角結構，如圖5a所示。以該壁面倒角結構作為軸向圖像采集過程中的圖像標定參考物，便于流動圖像實時標定系數的獲取。在激光片光照射下，該倒角結構所體現的光學特征明顯，如圖3中泵輪流場圖像中的高亮度矩形區(qū)域所示，尤其是該條狀區(qū)域的左、右邊緣與其周圍背景的亮度差異極其明顯。通過圖像處理技術容易識別并提取其光學特征區(qū)域的邊緣坐標，且在不同時刻下采集的壁面倒角圖像始終保持一致，保證了流場采集圖像和壁面倒角結構標定圖像的同步性獲取，能夠實現較高精度的實時標定。

為簡化說明，以圖3d中第4幀粒子流動圖像為例，闡述流動圖像動態(tài)標定方法。圖3d中的高亮度矩形區(qū)域是泵輪壁面倒角面在激光片光照射下的反光區(qū)域，該倒角在水平方向的投影距離為6 mm，如圖5a所示。

圖5 流動圖像標定

基于雙峰灰度最優(yōu)閾值邊緣檢測算法識別圖3d中的高亮度矩形區(qū)域的圖像邊緣，如圖5b所示，提取該矩形區(qū)域的左、右兩邊緣點1和點2的像素坐標(1,1)和(2,2)，如圖5b所示。由于1、2兩點連線與矩形區(qū)域的左、右邊緣線垂直，因此只需記錄左、右兩邊緣的軸坐標，即可計算左、右邊緣的寬度數值。其中，左邊緣坐標1為525 pixels，右邊緣坐標2為559 pixels，計算邊緣寬度為：2-1=559-525=34 pixels。

對所采集的第1幀、第2幀和第3幀流動圖像的圖像處理過程一致，不再贅述。相應提取各自的邊緣點坐標，實時計算左、右邊緣整像素精度下的寬度數值，如表1所示。對4組數據結果取均值，最終確定高亮度矩形區(qū)域的圖像邊緣寬度為34.25 pixels。將該數值與倒角實際水平方向投影的直線距離6 mm相比，確定圖像標定系數=0.175 mm/pixel。

表1 圖像壁面倒角邊緣坐標提取

3 軸向漩渦流場計算與分析

3.1 初始計算結果

選擇第3幀和第4幀粒子圖像作為分析對象，運用查詢窗口偏移技術，基于連續(xù)2幀圖像互相關算法提取流速矢量場[28]。圖6a為原始比例下的渦輪軸向流場矢量計算結果，從中可以看出流場矢量繁多，彼此之間有所重疊，為了便于流場結構分析，在1倍放大比例因子下顯示流場矢量分布，如圖6b所示。通過放大后的效果圖可以更清楚地觀察并分析流場結構。流場流速量化數值散點圖和流速大小直方圖如圖6c和圖6d所示，水平方向和垂直方向的速度分量大小在0～30 pixel/frame之間，其中速度大小處于3～18 pixel/frame之間的流速數值出現的頻率較高，對應的頻率范圍為100～200之間。

3.2 誤矢量識別與修正

誤矢量的存在將明顯惡化流場計算結果，造成錯誤的流場結構分析結果。識別與修正誤矢量對于獲得準確的流場數據是至關重要。采用鄰近矢量閾值檢測法進行誤矢量的識別與修正，具體步驟如下。

1）設定閾值檢測流速矢量與其周邊相鄰速度矢量的差異性，閾值的數學表達式如下。

式中| |是流速矢量的模；0是待檢測節(jié)點處的流速矢量； v是與待檢測流速矢量相鄰的8個流速矢量，如圖7 所示。

當閾值達到設定的最小值時，則認為該檢測區(qū)域內流速矢量是一致連貫的，否則判定該矢量為誤矢量，并予以剔除。一般根據葉輪機械內部流場誤矢量識別與處理的經驗，的取值在20%～25%之間[29-30]。文中采用閾值的取值為25%。

圖7 待檢測節(jié)點及其周圍的8個相鄰流速矢量

2）針對每個速度節(jié)點，提取與待檢測速度節(jié)點相鄰近的8個流速矢量，如圖7中1~8為被判定為正確有效的流速矢量，將這8個矢量值累加求和后取均值，以該均值作為待檢測節(jié)點0處的新流速矢量值。

3）如果流場區(qū)域上存在某些速度矢量的大小和方向與周圍區(qū)域矢量群體的大小和方向完全相反，根據流動運動連續(xù)性原則，直接將其剔除。

通過誤矢量識別與修正，剔除了錯誤速度矢量，優(yōu)化了流場計算結果，獲得了平滑的流動圖譜，如圖8所示。

a. 濾波處理 a. Filter processingb. 優(yōu)化流場 b. Optimal flow fieldc. 流線軌跡 c. Streamline trajectory

3.3 流場結果分析與討論

在制動工況下，泵輪液流在離心力和科氏力作用下，泵輪軸向切面流場中的液流運動是一種復合加速運動，既具有由于泵輪旋轉而引起的圓周運動趨勢，同時還伴隨有從泵輪入口向泵輪出口流動的加速運動，如前文中圖4所示。從泵輪出口流出的高速液流經過泵輪和渦輪的無葉柵交界區(qū)域后，沖入靜止不動的渦輪流道。在流體慣性力的作用下，液流沖擊渦輪上側葉片后急劇地改變流速方向，以多尺度渦旋運動形式沿著渦輪的內壁面沖向下側葉片流動區(qū)域，而后液流受到下側葉片的阻礙作用后又以一定速度流回泵輪流道，圖8c中展現了液流在渦輪流道中的流動路徑和流速結構分布趨勢。渦輪軸向流場中液流是一種多尺度漩渦流動，主流區(qū)域上流速值為0.2～0.4 m/s，如圖9a所示。在渦輪軸向切面流場區(qū)域上，分布著多尺度渦旋結構，這些渦旋攜帶的能量一方面促使整體液流完成能量傳遞的主循環(huán)運動，另一方面渦旋之間的相互作用將造成能量的損耗。

注：正值表示流速沿順時針方向，負值是表示沿逆時針方向。

由于固定葉片和外壁對高速液流的阻礙作用，使得渦輪流道內高速液流經沖擊分散后，重新組合形成了新的局部小尺度渦旋，這些小尺度渦旋出現在渦輪流道的外環(huán)與葉片交匯的角隅區(qū)域，如圖9a中的流動區(qū)域1和區(qū)域2所示。由于來自泵輪的高速液流沖擊能量較大，引起渦輪角隅區(qū)域1上的流體具有較大的動能，該區(qū)域上的流速數值在0.9 m/s左右。雖然角隅區(qū)域2上的流體動能有所消減，其流速數值在0.6～1.1 m/s之間，但是在角隅區(qū)域2上形成了多個局部渦旋結構，將引起較大的流速梯度。角隅區(qū)域2上的較小尺度渦旋對于液力偶合器傳遞轉矩的作用貢獻不大，但是小尺度渦旋的出現將伴隨有大量機械能的損耗，引起流動介質溫升，導致液力偶合器傳動效率的降低。在葉片中間邊界流動區(qū)域出現不規(guī)則的液流反向流動現象，在流動區(qū)域3和流動區(qū)域4上液流具有明顯的反向流動趨勢，尤其以上側葉片流動區(qū)域3上的反向流現象最為明顯，在該區(qū)域上反向流速度數值達到0.8 m/s左右，在近葉片壁面流動區(qū)域上流速數值甚至到達1.2 m/s；在下葉片區(qū)域4上流速值范圍為0.2～0.6 m/s之間，具有較小的速度梯度，這些反向流現象和存在的速度梯度將引起流動沖擊碰撞，造成液力能量損失。在葉片與泵輪、渦輪的交界面區(qū)域上出現二次流現象，如圖9a中的流動區(qū)域5和區(qū)域6所示，在靠近上葉片的流動區(qū)域5上，二次流速度較大，數值達到1.1 m/s，在靠近下葉片的流動區(qū)域6上，二次流速度較小，流速值在0.1～0.2 m/s之間。

相對于流速場，渦量場更能直接而簡明地表現流場中渦的性質。在制動工況下，由于多尺度渦旋自身的動能損失以及渦輪流道中大尺度主循環(huán)渦和小尺度局部渦之間的相互混合作用，將引起液流流動延遲，使得轉矩傳遞受到阻礙，并造成液力偶合器能量傳遞的損耗。液流能量損失程度與流道幾何結構設計密切有關，較高的液力損失區(qū)域主要集中在渦輪葉片與外壁組成的角隅區(qū)，以及葉片與泵輪、渦輪流動交界面組成的角隅區(qū)，如圖9b中的流動區(qū)域1、流動區(qū)域2、流動區(qū)域3和流動區(qū)域5所示，其中流動區(qū)域1上的渦量數值為20 s-1，流動區(qū)域2上的渦量數值為15 s-1，流動區(qū)域3上的渦量數值為13 s-1，流動區(qū)域5上的渦量數值為-8 s-1。渦量數值為正值表示流速沿順時針方向，負值表示流速沿逆時針方向，其中流動區(qū)域1、區(qū)域2和區(qū)域3上的小尺度渦旋與液力偶合器主流區(qū)域上的整體循環(huán)流動方向相反，將阻礙整體液流在主流區(qū)域的循環(huán)流動，并且這些區(qū)域上的流場速度梯度較大，將形成嚴重的液流分離現象，造成能量損失，而流動區(qū)域5上的渦量數值為負值，區(qū)域5上的渦旋運動與液力偶合器主流區(qū)域的整體循環(huán)流動方向相同，將促進整體液流主流區(qū)域的循環(huán)流動，有利于能量的傳遞。在上側葉片與交界面組成的角隅區(qū)域，由于近壁面區(qū)域多尺度渦旋之間的相互作用，將引起二次流現象，造成液力損失，如圖9b中的流動區(qū)域6所示，該區(qū)域上的渦量數值為10～20 s-1。在下側葉片與外壁組成的角隅區(qū)域，由于區(qū)域上存在較大的速度梯度將造成局部漩渦的脫離運動，引起與主流循環(huán)流動方向相反的小尺度渦旋，如圖9b中流動區(qū)域7所示，該區(qū)域上的渦量數值在5～15 s-1。同時，在該區(qū)域范圍內，由于葉片與外壁面之間存在間隙，在高梯度流場的作用下，在角隅區(qū)域2偏左下側還將伴隨有間隙泄漏流現象出現，如圖9b左下角區(qū)域所示。這些復雜流動現象的出現以及渦旋之間的混合相互作用將造成能量進一步損耗，引起溫升。由于多尺度渦的混合作用引起液流循環(huán)流動的延遲，在泵輪、渦輪的交界面流動區(qū)域將造成液流沖擊混合，導致流場結構復雜多變，出現渦量值較大的多尺度渦旋結構，渦量數值在5～25 s-1之間變化，如圖9b中流動區(qū)域8所示。

4 結 論

1）制動工況下，泵輪軸向切面流場中液流是一種復合加速運動；渦輪軸向切面流場中液流是一種多尺度非定常漩渦流動。葉片與渦輪內壁面以及葉片與泵輪、渦輪的交界面所組成的角隅區(qū)域上，將形成局部小尺度渦旋。角隅區(qū)域上的局部小尺度渦旋并非全部對主流區(qū)域循環(huán)流動造成延遲阻礙作用，其中上側葉片與泵輪、渦輪交界面處的局部渦旋將促進主流循環(huán)流動的發(fā)展。

2）液力偶合器軸向切面流場中二次流、反向流等復雜流動現象的出現以及多尺度渦旋之間的混合相互作用將造成液流流動遲緩，在泵輪、渦輪的交界面流動區(qū)域將引起液流沖擊混合，導致流場結構惡化，出現渦量值為5～25 s-1之間的多尺度渦旋結構，造成液力能量損耗。

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Experimental analysis on axial vortex flow field of turbine in hydrodynamic coupler under braking condition

Chai Bosen1, Xiang Yue2, Ma Wenxing1※, Zhao Enpeng1, Kou Zunquan1

(1.130022,; 2.130103,)

Axial vortex is a kind of special relative flow within the adjacent blades of hydrodynamic coupler. The distribution of flow field structure and its evolution law are considered as the important foundation for the research on the internal energy losses of hydrodynamic coupler. Transparent square cavity hydrodynamic coupler model prototype made by plexiglass was taken as the experimental measurement object. Axial vortex flow images of hydrodynamic coupler under braking condition were collected based on particle image velocimetry. In order to improve the quality of flow images, image preprocessing was used to identify the flow characteristics of particles in flow images. In order to get a better image calibration result, a special geometric structure of hydrodynamic coupler was taken as an external calibration object. The calibration images were acquired with high-definition CCD (charge coupled device) camera, and then optical characteristics of the special geometry structure were identified and extracted by image processing technology. Dynamic calibration coefficient of flow images was obtained finally. The flow field of axial cross section in pump was identified and extracted based on straight line detection algorithm of Hough transform, and the linear characteristics of particle trajectories were identified and extracted successfully. The flow field of axial cross section in turbine was calculated based on cross-correlation algorithm between consecutive 2 frames of particle images, and the technology of interrogation window offset was used to extract the velocity field and vorticity field. In order to identify and eliminate the incorrect flow velocity vectors of the initial calculation results, a method of setting a threshold was used to check the difference between ambient velocity vector and the center velocity vector, and the consistency and coherence characteristics of flow velocity vectors on the flow area were detected by this method. Subsequently, calculation results of flow field were optimized, and a much smoother flow pattern was acquired finally. On the basis of the flow field measurement results, the unsteady viscous flow phenomena of hydrodynamic coupler under braking condition were researched, and the distribution law of axial cross section was analyzed in detail. Research results indicated that: Firstly, the flow of axial cross section in pump was a compound accelerated motion; secondly, there were a lot of multi-scale vortices in the main flow region of axial cross section in turbine, and the flow velocity in the mainstream area was 0.2-0.4 m/s. There were many small-scale vortices in the intersection area between outer ring and blades, and the flow velocity in these area was 0.6-1.1 m/s. In addition, some small-scale vortices which existed in the intersection area between upper blade and interface area were different from others; the flow direction of these vortices was the same as the mainstream circulation direction, the vorticity value of this area was -8 s-1, and these small-scale vortices would promote transmission and conversion of hydrodynamic energy. On the contrary, the flow direction of small-scale vortices in other areas was opposite to the mainstream circulation direction, and the vorticity value in these areas was 13, 15 and 20 s-1. The small-scale vortices in the local region were mixed with the main circulating vortex in the main region, and as the result, the internal flow became slow with a large amount of energy loss. The phenomena of irregular secondary flow and reverse flow came into view near the middle flow area of blade. According to the visualization results of axial vortex flow in hydrodynamic coupler under braking condition, the reasons to the generation about axial vortex in hydrodynamic coupler were explored, and the influences of flow energy transfer and dissipation were analyzed. The result will provide valuable reference for the study of axial vortex flow phenomenon.

coupling; vortex flow; image processing; edge detection; particle image velocimetry; axial vortex; dynamic calibration; interrogation window offset

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.08.009

TH137.332

A

1002-6819(2017)-08-0069-07

2016-07-30

2017-04-01

國家自然科學基金項目（51405184）；吉林省科技發(fā)展計劃項目青年科研基金項目（20160520070JH）；吉林大學國防預研項目（419140100076）

柴博森，男（漢族），吉林長春人，講師，研究方向為液力傳動與自動變速。長春 吉林大學機械科學與工程學院，130022。 Email：chaibs2012@jlu.edu.cn

馬文星，男（漢族），吉林梨樹人，教授，博士生導師，研究方向為液力傳動與自動變速。長春 吉林大學機械科學與工程學院，130022。Email：mawx@jlu.edu.cn

柴博森，項 玥，馬文星，趙恩鵬，寇尊權. 制動工況下液力偶合器渦輪軸向漩渦流場試驗分析[J]. 農業(yè)工程學報，2017，33(8)：69－75. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.08.009 http://www.tcsae.org

Chai Bosen, Xiang Yue, Ma Wenxing, Zhao Enpeng, Kou Zunquan. Experimental analysis on axial vortex flow field of turbine in hydrodynamic coupler under braking condition [J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(8): 69－75. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.08.009 http://www.tcsae.org