涡轮增压离心压气机弯叶型扩稳增效机理研究

发布时间：2019-11-22 05:07

【摘要】：内燃机节能减排是当今社会热点之一，而涡轮增压已成为其重要技术措施。随着涡轮增压压比的提高以及发动机运行范围的拓宽，压气机需要具备更加宽广的稳定工作范围以及更高的效率。压气机的扩稳增效成为涡轮增压研究的重点和难点。本文对离心压气机弯叶型及其与机匣处理的耦合扩稳增效机理进行了研究。研究中实验与仿真相结合，实验研究探明弯对压气机性能曲线的影响，得到实验验证的仿真则对其影响机理进行具体分析。本文得到如下结论。弯叶型对压气机高转速时的MAP图影响显著。负弯使得MAP图低转速时保持不变，高转速时向左偏移。在设计转速下负弯2mm增大了压气机喉口截面积，提高堵塞流量4.1%；恶化喘振工况二次流，增大喘振流量3.9%。弯对流量范围影响不大。近喘振工况下，近吸力面向叶顶迁移的二次流动能较小，负弯在叶片前缘顶部形成鞍点，并与逆流作用在压力面形成分离泡。叶尖分离加剧了叶顶低能流体的堆积。正弯对此分离泡有削弱作用，改善了流场，从而使喘振流量减小。在设计转速下，负弯2mm将最高效率提高3.8%，正弯4mm将其降低2.0%。叶顶低能流体构成了压气机流动损失的主要部分，而吸力面和压力面向叶顶迁移的二次流是叶顶低能流体的主要来源。在最高效率点，弯主要影响到吸力面二次流。近吸力面向叶顶迁移的二次流在最高效率点时动能较大，负弯在吸力面中部形成鞍点，使得吸力面边界层内低能流体在叶中处分离，阻止了叶片前半部低能流体向叶顶的迁移，从而减小了压气机损失。自循环机匣处理是离心压气机扩稳行之有效并经常使用的技术措施，本文对弯与机匣处理的相互作用进行了研究。机匣处理与弯影响堵塞流量的机理相对独立，但机匣处理削弱了弯对压气机喘振流量的影响。负弯2mm堵塞流量仍增加3.95%，喘振流量仅增加1.97%。加入机匣处理后，机匣处理在叶顶引入射流，阻断了近吸力面二次流的向上迁移，负弯吸力面鞍点下移，在近设计工况中利用鞍点来阻止叶根低能流体向叶顶迁移的作用得以恢复，减少了叶顶低能流体的来源。机匣处理与负弯2mm耦合，使得设计转速下压气机稳定工作范围提高3.34%。利用性能改进的弯叶型压气机，涡轮增压发动机额定点功率提高3.7%。
【图文】：

道路交通,占比,CO2排放

各行业石油消耗量（万吨）及交通运输业消耗石油[2]在 2012 年发布的最新报告，在全球的 CO2耗的 CO2占比达到 22%左右，其中道路交通燃机是绝大部分道路交通工具和工程机械的动我国能源安全还是对人类生存环境都有极为农、林、牧、渔交通运输建筑业工业交通运输占比

排量,增压发动机,自然吸气发动机,升功率

济性区域向常用工况移动，从而提高了发动机的经济性能（图 1.4）。此外，增压发动机通过提高进气压力而使得泵气功由负转为正，，通过提高升功率而减小摩擦损失的占比，也是增压发动机经济排放性能提高的重要原因[8（a）大排量自然吸气发动机性能（b）小排量增压发动机性能图1. 4 增压缩小排量对发动机性能的影响
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TH452

【参考文献】