发动机不同工况下涡轮增压器轴向气动作用力形成机制研究

发布时间：2021-03-01 02:16

　　涡轮增压器已经成为燃油车辆的一项核心技术。气动力是影响涡轮增压器稳定性、效率、可靠性的重要影响因素之一,其形成机制是目前涡轮增压器研究领域的重点和难点。本文研究涡轮增压器的内部流动机理以及发动机不同工况对涡轮增压器气动力的影响。本文采用GT-power建立某发动机一维模型,通过仿真获得发动机稳态与非稳态不同工况下的涡轮增压器进出口参数。以该参数作为三维计算边界条件,通过CFX进行涡轮增压器三维流动数值仿真,对增压器内部流动与气动力进行研究,得到如下规律:由于涡旋的产生抑制了哥氏力的作用,导致非稳态条件下压气机叶片压力分布与稳态条件下不同;通过分析子午面流线发现,涡旋强度只在径向方向存在变化;稳态条件下机匣极限流线在叶片顶端有再附线;非稳态时机匣极限流线有明显的分界线,高负荷时入口处存在反向旋转流。在不同工况下,稳态计算得到的涡轮内部压力分布与非稳态时分布差异不大。涡轮增压器轴向力主要由轮背力、叶片力、轮毂力组成。由于涡旋的产生抑制了哥氏力的作用,非稳态条件下得到的叶片力在数值和变化趋势上,均与稳态条件的叶片力存在较大差异。非稳态条件下,叶片轴向压力不平衡导致叶片力的变化趋势出现波动;轮... 

【文章来源】：中北大学山西省

【文章页数】：72 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
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第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 涡轮增压器技术
        1.2.1 涡轮增压器的优势
        1.2.2 涡轮增压器的主要失效形式
        1.2.3 涡轮增压器的发展
        1.2.4 涡轮增压器非稳态研究现状
            1.2.4.1 国外非稳态研究现状
            1.2.4.2 国内非稳态研究现状
    1.3 本文中主要进行的研究工作
第二章 数值计算理论基础
    2.1 引言
    2.2 流体动力学控制方程
        2.2.1 连续方程
        2.2.2 动量方程
        2.2.3 能量守恒方程
    2.3 湍流模型
    2.4 控制方程离散化方法
        2.4.1 有限差分法
        2.4.2 有限元法
        2.4.3 有限体积法
    2.5 本章小结
第三章 仿真模型的建立及验证
    3.1 引言
    3.2 一维稳态模型的建立
        3.2.1 喷油器模型
        3.2.2 气缸模型
        3.2.3 涡轮增压器
        3.2.4 稳态模型的建立
    3.3 一维模型正确性验证
    3.4 非稳态计算模型
    3.5 三维模型的建立
        3.5.1 涡轮增压器三维计算网格
        3.5.2 三维计算边界条件
        3.5.3 三维模型正确性验证
    3.6 本章小节
第四章 不同工况下涡轮增压器的流场分析
    4.1 引言
    4.2 叶片压力
        4.2.1 压气机叶片压力分布
            4.2.1.1 变转速工况压力分布
            4.2.1.2 变负荷工况压力分布
        4.2.2 涡轮叶片压力分布
            4.2.2.1 变转速工况压力分布
            4.2.2.2 变负荷工况压力分布
    4.3 涡轮增压器子午面流线分布
        4.3.1 压气机子午面流线
        4.3.2 涡轮子午面流线
    4.4 机匣极限流线
        4.4.1 压气机机匣极限流线
        4.4.2 涡轮机匣极限流线
    4.5 本章小结
第五章 涡轮增压器的轴向气动力研究
    5.1 引言
    5.2 轮背轴向力
        5.2.1 压气机轮背轴向力
            5.2.1.1 稳态轮背轴向力
            5.2.1.2 非稳态轮背轴向力
        5.2.2 涡轮轮背轴向力
            5.2.2.1 稳态轮背轴向力
            5.2.2.2 非稳态轮背轴向力
    5.3 叶片轴向力
        5.3.1 压气机叶片轴向力
            5.3.1.1 稳态叶片轴向力
            5.3.1.2 非稳态叶片轴向力
        5.3.2 涡轮叶片轴向力
            5.3.2.1 稳态叶片轴向力
            5.3.2.2 非稳态叶片轴向力
    5.4 轮毂轴向力
        5.4.1 压气机轮毂轴向力
            5.4.1.1 稳态轮毂轴向力
            5.4.1.2 非稳态轮毂轴向力
        5.4.2 涡轮轮毂轴向力
            5.4.2.1 稳态轮毂轴向力
            5.4.2.2 非稳态轮毂轴向力
    5.5 轴向力合力
    5.6 本章小结
第六章 结论与展望
    6.1 全文总结
    6.2 研究展望
参考文献
攻读硕士期间发表的论文及所获得的研究成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]涡轮增压器用无铅止推轴承材料摩擦学性能研究[J]. 凌攀,姚萍屏,赵林,贡太敏,周海滨,杨志华,罗丰华.  润滑与密封. 2018(09)
[2]车用涡轮增压器瞬态性能实验装置设计与分析[J]. 张海路,张卫波.  福州大学学报(自然科学版). 2018(03)
[3]浅谈涡轮增压技术在汽车发动机中的应用[J]. 胡永锋.  黑龙江科技信息. 2016(34)
[4]车用涡轮增压柴油机加速工况瞬态特性仿真[J]. 黄粉莲,纪威,周炜,张禄.  农业工程学报. 2014(03)
[5]Ford公司3缸涡轮增压直接喷射汽油机[J]. Friedfelt R,Zenner T,Ernst R,Fraser A,范明强.  国外内燃机. 2013(04)
[6]车用增压器涡轮内部脉动流场仿真研究[J]. 张锐,施新,马朝臣,杨策,祁明旭.  内燃机工程. 2013(04)
[7]车用增压器涡轮脉冲进气非稳态特性[J]. 邢世凯,马朝臣,于立国.  哈尔滨工程大学学报. 2013(02)
[8]高压共轨柴油机高海拔全负荷标定[J]. 刘瑞林,周广猛,李骏,董素荣,周平,戈非.  燃烧科学与技术. 2012(03)
[9]柴油机涡轮增压技术发展历程与展望[J]. 奉峥嵘,彭勇,张志鑫.  内燃机. 2012(01)
[10]涡轮增压器压气机性能分析[J]. 吴孝勤,倪计民,任晓栋,马海军.  上海汽车. 2011(11)

博士论文
[1]内燃机增压离心压气机变海拔工况流场控制研究[D]. 汪陈芳.清华大学 2014
[2]高原环境下内燃机工作过程应用基础研究[D]. 沈颖刚.天津大学 2004

硕士论文
[1]涡轮增压器压气机效率损失因素分析与试验探究[D]. 卢广超.山东大学 2018
[2]4G63系列汽油发动机涡轮增压设计与匹配研究[D]. 霍峰.东北大学 2015
[3]涡轮增压器的流场分析及结构优化[D]. 刚毅.吉林大学 2014
[4]混流涡轮叶轮强度仿真研究[D]. 穆莉.大连交通大学 2013
[5]增压器涡轮瞬态性能仿真与试验研究[D]. 刘国良.清华大学 2012
[6]涡轮在脉冲进气条件下非稳态特性的数值模拟[D]. 纪旭娜.山东大学 2012
[7]一种增压器涡轮盘和涡轮叶片短时超温损伤分析[D]. 刘轩.大连海事大学 2009



本文编号：3056813