增压器涡轮箱热—结构耦合分析及试验研究

发布时间：2020-05-21 15:24

【摘要】：涡轮增压器能够有效改善发动机的动力性、排放性及燃油经济性。发动机的工作强度越高,涡轮增压器工作环境越恶劣,相关零部件的热负荷也不断上升,涡轮箱的热应力很大程度上决定了涡轮增压器的结构可靠性。本文针对某型号涡轮增压器试制时,废气阀门孔处开裂现象,采用数值模拟和试验相结合的方法进行研究,探讨涡轮箱设计研发过程中数值模拟流程的合理性。主要对放气阀门孔倾斜角度进行结构优化设计;基于涡轮增压器涡轮箱传热机理,应用流固耦合方法对涡轮箱进行数值模拟,对涡轮箱温度场、涡轮箱热-机械应力及应变进行计算分析,并测量相应的涡轮箱温度场及应变量。试验结果表明:本文的耦合传热、热-机械应力及应变计算分析结果与实际情况较为吻合,该数值模拟流程可以为涡轮箱的设计研发提供一定的参考依据。论文的研究工作及创新之处如下:(1)相比以往采用的单向耦合计算,本文采用第三方软件MPCCI进行了双向流固耦合分析,不需要多次人为进行结果映射,可以同时进行FLUENT涡轮箱内高温废气的流动模拟及ABAQUS涡轮箱结构受热分析,两者独立计算自动耦合得到涡轮箱温度场分布,为后期涡轮箱热应力的计算提供了更为准确的边界条件。(2)本文对涡轮箱的模拟仿真使用更为完整的边界条件(涡轮前部温度,涡轮后部温度,涡轮前部压力,涡轮后部压力),同时控制涡轮箱废气阀门在不同工况下的开度,使其更接近实际工况,有效保证了模拟仿真结果的准确性。(3)相比于以往单一涡轮箱零部件的模拟仿真,本文考虑到涡轮箱相邻零部件在高温下产生热膨胀,相互挤压变形,在计算过程中增加了简化的排气歧管,排气管,涡轮转子,放气阀门等受热零部件,使得温度场的模拟更为准确,且有效模拟了各零部件受到热应力、热应变后对涡轮箱的影响,结果更为接近真实工况。
【图文】：

三维几何模型,涡轮增压器,涡轮,组件

图 3.1 涡轮增压器涡轮箱组件三维几何模型Three-dimensional geometric model of turbocharger turbin网格划分分析发现，单独只对涡轮箱进行仿真分析与实际工况之间除了高温废气与流道壁面之间的对流换热之外，传导，因此想要构建较为合理的仿真模型，需要构建包括涡轮箱，涡轮转子，放气阀门，简化排气歧管和esh 软件是美国 Altair 公司推出一款高性能有限元前处处理软件，具有以下优势：大的几何处理功能，有完善的几何处理工具，更便于对提高网格划分的总体速度和质量有明显优势。esh 接口适应性强。可以直接导入 UG、Pro/E、CATI

涡轮,网格模型,组件,倒角

第三章涡轮增压器涡轮箱数值模拟分析处理进行面网格划分。对于涡轮箱需要将内流道进行口，喉口以及放气阀门等容易出现危险的部位需要分倒角及曲率较大的圆角进行单独抽取，，进行网格轮叶片根部倒角，叶尖倒角单独处理进行适当的网组件采取全四面体网格划分，图 3.2 为涡轮箱组件935，节点数 719839。
【学位授予单位】：南华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TK403

【参考文献】