基于数值模拟的涡轮增压器压气机进气结构设计

发布时间：2017-06-19 02:05

  本文关键词：基于数值模拟的涡轮增压器压气机进气结构设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：涡轮增压器借助发动机工作所排出的废气来驱动压气机压缩空气,提高了单位时间内进入发动机气缸的空气总量,使燃油能够有足够的空气进行充分地燃烧,最终提升燃油的燃烧效率而被广泛地研究。为了应对当今发动机的复杂工况,更高的涡轮增压器性能要求被提出。在涡轮增压器工作时,压气机的性能最终影响着涡轮增压器的性能,而压气机的各部件结构及其参数尺寸决定着压气机工作时的性能。因此,对压气机结构及参数进行设计与研究对于提升涡轮增压器的性能有很大的促进作用。因为压气机结构和流场的复杂性,提出个能有效地在扩宽压气机工作流量范围和提高最高压比的压气机结构是很具挑战性。本课题借助于计算流体力学对涡轮增压器压气机的进气结构设计与研究。首先,研究进气端回流槽宽度对压气机性能的影响,其次,在进气结构回流槽参数优化的基础上,研究进气端机闸处理结构中的导叶片对压气机性能的影响。在压气机计算模型的建立中,首先利用逆向工程设计方法建立本课题研究所用的涡轮增压器压气机几何模型。其次对压气机进行网格划分,在对压气机网格划分中,提出了一种适用于涡轮增压器压气机流场的网格划分方法。在涡轮增压器压气机数值模拟研究中,通过对进气结构中回流槽宽度的研究表明：扩宽回流槽宽度有助于延迟压气机喘振极限到来和扩宽压气机流量宽度,但是由于气体由叶轮进入机闸再循环而引起的摩擦和混合损失使得压气机在各测试点的效率随着回流槽宽度的增加而降低。在进气端机闸结构的设计与研究中,提出了在机闸结构中加入导叶片,将两种不同叶形的导叶片安装于机闸腔体内,研究机闸中的两种叶形的导叶片对压气机性能的影响。研究结果表明：机闸中导叶片有助于延迟喘振极限的到来、扩宽流量范围和提高最高压比,并且圆弧形导叶片对压气机性能的提升优于直线形导叶片。最后通过设计与研究,提出了一种有效改善压气机流量和压比性能的压气机进气结构。本课题设计提出的进气结构相比原始进气结构在80000rpm和100000rpm转速下,喘振极限流量分别降低了27%与11%,流量宽度分别扩宽了30%与14%,最高压比分别提高了2.4%与2.1%。本课题通过对涡轮增压器压气机进气结构进行设计与研究,在原有的压气机进气结构上提出了新型进气结构,有效地降低了压气机喘振极限流量,扩宽了流量宽度,提高了最高压比。
【关键词】：压气机 数值模拟 进气结构 回流槽 机闸处理
【学位授予单位】：福州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH45
【目录】：

• 中文摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-16
• 1.1 研究的理论与实际意义8-10
• 1.2 国外研究现状10-12
• 1.3 国内研究现状12-13
• 1.4 本课题研究的主要内容13-16
• 第二章 压气机逆向工程设计16-25
• 2.1 引言16
• 2.2 叶轮逆向设计16-21
• 2.2.1 叶轮数据的测量方法17-19
• 2.2.2 叶轮逆向设计方法19-20
• 2.2.3 叶轮实体的生成20-21
• 2.3 蜗壳逆向设计21-22
• 2.3.1 蜗壳参数测量方法21
• 2.3.2 蜗壳流场建模21-22
• 2.4 进气端与扩压器的逆向设计22-23
• 2.4.1 进气结构设计22-23
• 2.4.2 扩压器模型设计23
• 2.5 压气机几何模型的建立23-24
• 2.6 本章小结24-25
• 第三章 压气机计算模型的建立25-36
• 3.1 引言25
• 3.2 控制方程25-27
• 3.2.1 连续性方程25-26
• 3.2.2 动量守恒方程26
• 3.2.3 能量守恒方程26-27
• 3.3 湍流的数值模拟方法及模型27-30
• 3.3.1 湍流的数值模拟方法27
• 3.3.2 湍流模型27-29
• 3.3.3 壁面函数29
• 3.3.4 离散方法29-30
• 3.4 计算模型的网格划分30-33
• 3.4.1 网格生成技术30
• 3.4.2 压气机流场的网格划分30-32
• 3.4.3 流场域间的网格连接方法32-33
• 3.5 边界条件的设定33-34
• 3.5.1 边界条件的设定33-34
• 3.5.2 求解器的设定34
• 3.5.3 计算收敛的判断34
• 3.6 本章小结34-36
• 第四章 进气端回流槽宽度的研究36-54
• 4.1 引言36
• 4.2 压气机性能参数与评价指标36-39
• 4.2.1 叶轮进口三角形36-37
• 4.2.2 绝热性能指标37
• 4.2.3 绝热效率的计算37-38
• 4.2.4 流量特性38-39
• 4.3 机闸作用的分析39-40
• 4.4 不同回流槽宽度的分析40-49
• 4.4.1 性能分析40-44
• 4.4.2 不同回流槽宽度的机闸流量分析44-47
• 4.4.3 不同回流槽宽度的轴向速度分析47-49
• 4.5 压气机流场分析49-52
• 4.5.1 叶轮流场分析49-50
• 4.5.2 蜗壳流场分析50-51
• 4.5.3 压气机静压与速度分析51-52
• 4.6 本章小结52-54
• 第五章 进气端机闸结构的设计与研究54-63
• 5.1 引言54
• 5.2 新型进气结构的性能分析54-56
• 5.2.1 新型进气结构的设计54-55
• 5.2.2 新型进气结构的性能分析55-56
• 5.3 不同进气结构的流量分析56-59
• 5.3.1 流量曲线分析56-57
• 5.3.2 流场分析57-59
• 5.4 不同进气结构的轴向速度分析59-61
• 5.4.1 机闸出口轴向速度曲线分析59-60
• 5.4.2 轴向速度流场分析60-61
• 5.5 不同进气结构的叶轮进气端切向速度分析61-62
• 5.6 本章小结62-63
• 结论与展望63-65
• 参考文献65-69
• 致谢69-70
• 个人简历及在学期间参与的科研项目和成果70

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