低比转速离心压气机流动畸变数值仿真研究

发布时间：2020-04-02 12:26

【摘要】：在化石能源短缺和环境形势日益严峻的今天,国家为了应对能源和环境带来的挑战,出台了《乘用车企业平均燃料消耗量与新能源汽车积分并行管理办法》,以降低化石燃料的消耗和治理环境污染,政策对传统燃油车和新能源汽车同时提出了新要求。对于传统燃油车而言要实现持续节能减排,在废气涡轮增压的基础上加持电动增压是一个极好的选择。对于燃料电池技术而言,要提高工作效率,必须进行进气电动增压。常规使用的离心压气机转速需要高达10万转以上,由于目前电动机转速远低于这个水平,而超高转速的电动机由于成本较高难以在汽车上和燃料电池大规模应用,研究适用于普通电动机驱动的低比转速离心压气机迫在眉睫。本文从蜗壳引起的低比转速压气机的流场畸变问题着手,旨在研究对蜗壳引起的畸变对离心压气机内部流动的影响机理,把蜗壳引起的畸变简化成扩压器出口周向畸变的模型,采用非对称流动控制的理念,通过数值仿真计算,给定无叶扩压器出口不均匀的压力条件,验证了模型的正确性。分别计算了高压比、低压比工况下三种畸变幅值的压比和效率曲线。探究了畸变流场对低速比压气机流场和性能的影响。本文分析了叶轮流道内的压力,不同截面的畸变幅值以及熵,得出了由蜗壳引起的周向压力波动在压气机内逆向传播的规律,发现了畸变幅值在叶轮流道内逆向增大的现象,并从分流叶片处的结构和压力变化两个方面进行了解释。发现叶轮出口的质量流量和压力沿周向变化的斜率之间并不是严格吻合的,并且,质量流量和压力波动的相位差同时受到压气机转速和畸变幅值的影响。本文采用非定常模拟计算的方式,分析了离心压气机在在实际运行过程中流体在叶轮中流动的周期性变化。得出在有出口压力有畸变的实际流动过程流道内往复出现涡旋,导致流体的能量耗散,而且非定常模拟中叶轮通道内马赫数变化与叶轮通道内负压区域有很大关联。
【图文】：

合肥工业大学专业硕士研究生学位论文负；2、是让 B 参数足够小,使的压气机呈现正斜率特性；3、主动控制喘振，目的是消除受控系统的初始自激荡扰动，或抑制扰动放大[14]Japikse[15]等人介绍可通过比较新颖的方式研究压气机的稳定性，研究入口尖端涡流、顶端间隙流、以及顶部复杂回流或再循环流对压气机稳定性的影响，其做了 9 中不同的喷射器和 21 种不同的外壳来进行了相关研究。Stein[16]采用向压气机进口喷射气体方法进行研究压气机的扩稳，其利用不同频率以及不同角度的喷射研究其对稳定性的影响，得出 Greitzer 创造的 b 参数是一种很有用的方法，它可以确定一个离心压缩机的流体动力不稳定类型。目前的研究证实，极限环振荡在临界 b 值以下被抑制。这个值被发现是依赖于配置的。稳定的喷射在改善压气机的稳定方面是卓有成效的。这些喷射流被发现可以改变局部的入射角度并抑制边界层的分离。与平行喷射相比，倾斜的喷射更有效。其喷射图如图 1.1 所示。

边界层的分离。与平行喷射相比，，倾斜的喷射更有效。其喷射图如图 1.1 所示。图 1.1 叶轮进口喷气Fig 1.1 the jet in inlet of thecompressorHelvoirt, Jan van[17]设计了一套主动喘振的控制系统利用非线性的喘振控制器和一系列的传感器完成工作实现扩宽压气机稳定工作范围的目的。其结构如 1.2 所示。
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U469.7

【参考文献】

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1 邱智凌;郑新前;张扬军;;车载燃料电池低比转速离心压气机设计[J];清华大学学报(自然科学版);2008年05期

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本文编号：2611952