轴流增压器涡轮机内部流场CFD分析及涡轮强度计算

发布时间：2017-07-30 21:13

  本文关键词：轴流增压器涡轮机内部流场CFD分析及涡轮强度计算

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【摘要】：随着能源的紧缺和自然环境的恶化,国家对发动机的经济性和排放性提出了更高的要求,涡轮增压器有效地改善了发动机尾气对环境的污染,而如何使涡轮增压器更节能、更高效地工作已成为科研人员探索与研究的重要课题。涡轮机作为涡轮增压器最为关键的部件之一,其性能的好坏直接影响增压器的效率,并对发动机性能产生一定的影响。本文以某船用轴流涡轮增压器为研究对象,对该轴流增压器涡轮机进行了内部流场分析和涡轮强度计算。本文利用SolidWorks三维造型软件建立了轴流涡轮机的几何模型,并在Hypermesh软件中对几何模型进行了网格单元划分,得到计算模型;使计算模型分别在磨合转速、标定转速、最大转速三个不同转速工况下,利用Fluent对涡轮机的内部流场进行了CFD分析,通过分析提出将原24叶片涡轮改为28叶片涡轮和20叶片涡轮两种结构改进方案。将两种方案在相同的条件下进行CFD分析,对比两种优化方案模拟结果,得出20叶片涡轮可以更好改善船用轴流增压器的性能。使用Ansys软件对原涡轮以及改进涡轮进行结构分析,以确保增压器正常运转。设定多个转速,观察模型的应力及综合变形图,找出所受应力的最大点处,通过对比显示20叶片涡轮与原模型涡轮在最大转速下最大应力均不超过许用应力,权衡流场与强度两个方面,可以得出对原模型提出20叶片涡轮的优化方案可行。
【关键词】：轴流涡轮机 内部流场 涡轮强度
【学位授予单位】：大连交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK403
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 课题的背景及意义10
• 1.1.1 研究背景10
• 1.1.2 研究意义10
• 1.2 涡轮增压器简介10-13
• 1.2.1 涡轮增压器结构及工作原理10-11
• 1.2.2 国内外发展现状11-13
• 1.3 涡轮机概述13-14
• 1.3.1 涡轮机的种类13
• 1.3.2 涡轮机主要性能参数13-14
• 1.4 本文研究的主要内容14-16
• 第二章 数值计算方法及模拟计算软件16-30
• 2.1 内部流场计算理论基础16-20
• 2.1.1 CFD技术概述16
• 2.1.2 流体力学的基本控制方程16-17
• 2.1.3 湍流模型17-18
• 2.1.4 数值求解方法18-19
• 2.1.5 CFD—FLUENT软件介绍19-20
• 2.2 涡轮强度计算理论基础20-25
• 2.2.1 有限元方法概述20-21
• 2.2.2 有限元分析法的基本原理21
• 2.2.3 有限元分析方法的基本步骤21-22
• 2.2.4 基本控制方程22-24
• 2.2.5 有限元分析软件—ANSYS24-25
• 2.3 网格划分理论基础25-28
• 2.3.1 网格类型26
• 2.3.2 网格质量检查及优化26-27
• 2.3.3 网格划分软件—HYPERMESH27-28
• 本章小结28-30
• 第三章 涡轮机几何模型建立及内部流场计算30-49
• 3.1 涡轮机几何模型建立30-33
• 3.2 涡轮机计算模型建立33-35
• 3.2.1 计算模型模建立33-34
• 3.2.2 涡轮机计算模型网格划分34-35
• 3.3 涡轮机内部流场网格模型边界条件处理35-36
• 3.3.1 边界条件设置35-36
• 3.3.2 计算结果的收敛性36
• 3.4 涡轮机内部流动损失36-37
• 3.5 轴流式涡轮机内部流场计算与分析37-46
• 3.6 涡轮机效率计算46-48
• 本章小结48-49
• 第四章 涡轮结构改进及内部流场计算49-67
• 4.1 涡轮结构改进目的49
• 4.2 涡轮结构改进方案49-50
• 4.3 改进后涡轮机内部流场计算与分析50-64
• 4.3.1 A方案涡轮机内部流场计算与分析51-57
• 4.3.2 B方案涡轮机内部流场计算与分析57-64
• 4.4 改进模型计算结果与原模型对比分析64-65
• 本章小结65-67
• 第五章 涡轮强度计算与分析67-82
• 5.1 涡轮网格划分67-68
• 5.2 涡轮网格模型加载68-69
• 5.2.1 涡轮材料特性68-69
• 5.2.2 涡轮载荷约束施加69
• 5.3 原模型轴流涡轮强度计算与分析69-74
• 5.3.1 原模型涡轮应力分布69-72
• 5.3.2 原模型涡轮综合变形分布72-74
• 5.4 改进模型涡轮强度计算74-79
• 5.4.1 改进模型涡轮应力分布74-77
• 5.4.2 改进模型涡轮综合变形分布77-79
• 5.5 改进涡轮与原涡轮对比分析79-81
• 本章小结81-82
• 结论82-83
• 参考文献83-85
• 致谢85-86

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本文编号：596089