柴油发动机涡轮增压器压气机设计及内部流动研究
发布时间：2021-04-05 05:08
柴油机由于经济性好、油耗低、可靠性强而被广泛应用于汽车、船舶和航空领域。在全球的石油资源不断减少的背景下,废气涡轮增压技术由于其高性能、低油耗、低排放的优点而被广泛应用燃油机中。压气机是涡轮增压器的关键部件。在计算流体力学（CFD）技术出现之前,设计一款新型的压气机并了解其流量特性,主要是通过试验的方法,但是这种方法不仅时间长、经费消耗大,其实验结果还常常受环境因素影响。CFD由于其成本低、速度快而逐渐被学者接受。因此本文采用CFD的方法来探索压气机的流量特性和内部流动。本文的主要研究工作及结论如下:1.简述了涡轮增压器压气机的国内外研究现状;简单介绍了本文研究的背景、方法及主要内容;简单介绍了涡轮增压器压气机的组成、分类和工作原理。2.根据索菲姆8140发动机自行设计了涡轮增压器的压气机部分,采用半开式叶轮、前倾后弯式叶片,叶轮的进口外径为31mm,出口外径为52mm;采用无叶扩压器,外径为80mm;蜗壳采用变截面蜗壳,出口面积为9.5cm2。3.用Solidworks软件对自行设计的压气机进行三维建模,并且利用布尔运算抽取压气机内部流域。为了方便数值模拟,对抽...
【文章来源】：浙江科技学院浙江省
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
柴油机涡轮增压器工作原理示意图
浙江科技学院硕士学位论文第1章绪论31-吸气壳2-压气机工作叶轮3-扩压器4-压气机壳图1-3涡轮增压器压气机的组成二、离心式（图1-4b）工作时，空气沿旋转轴方向进入，沿径向流出。虽然气体流动损失较大，效率也相对降低，但气体还是要转向的。然而，压气机增压比非常大，可以达到1.4~3，甚至5。该压气机结构简单，制造成本低。其工作范围广，因此柴油增压器常用这类压气机[3]。三、混流式（图1-4c）工作条件及气流特性与轴流与径流之间，其结构与离心相似[3]。图1-4压气机分类a)轴流式b)离心式c)混流式
楹霞友梗?街中问郊友筟48]。高温且有一定压力的废气通过涡轮机壳体进入喷嘴环。喷嘴环的出口具有一定的方向，废气被引导到涡轮机，废气的势能转换成动能，使涡轮机高速旋转。压气机叶轮和涡轮同轴上，因此转速相同。压气机的旋转叶轮将空气吸入压气机壳进入叶轮，空气被压缩，其压力和密度增加。然后空气进入扩压器，空气速度减小，压力和密度继续增加。空气进入压气机蜗壳，气体的速度降低，从而空气的压力和密度继续增加。最后，加压加密的空气通过发动机进气管进入气缸[3]。整个流动路径的压力，温度和气体速度的变化如图2-1所示。外界空气原是静止的，速度是C0=0，温度是大气温度t0=20℃，压力为大气压力，P0=1大气压。由于压气机叶轮旋转，空气被压气机吸入，在吸气壳内速度提高到C1，温度和压力分别下降到T1和P1。空气在叶轮中得到压气机加来的功，速度、温度、压力都迅速上升，分别达到C2、T2、P2。空气到达扩压器和压气机壳，由于流道面积扩大，速度最后下降到Ck，因而温度和压力则继续有所提高，最后达到Tk和Pk。p-静压力T-温度c-速度图2-1压气机内气动参数的变化
【参考文献】：
期刊论文
[1]叶尖小翼结合凹槽对压气机叶栅间隙流场的影响[J]. 韩少冰,郭彦超,钟兢军. 工程热物理学报. 2019(06)
[2]跨声速压气机转子叶顶区域流场非定常计算和POD分析[J]. 刘震雄,竺晓程,杜朝辉. 动力工程学报. 2018(06)
[3]涡轮增压器压气机流场仿真分析[J]. 刘思蓉,王强,任洋,张可,靳嵘. 流体机械. 2018(03)
[4]中国汽车工程学术研究综述·2017[J]. 《中国公路学报》编辑部. 中国公路学报. 2017(06)
[5]涡轮增压器压气机气体流动特性数值模拟研究[J]. 桑晶晶,温华兵,刘红丹,杨兴林. 内燃机工程. 2015(06)
[6]离心压气机机匣处理多工况性能预测与分析[J]. 龚义朝,杜礼明,王澄宇,王焱. 流体机械. 2013(02)
[7]离心压气机自循环预旋喷气机匣处理的设计和验证[J]. 康剑雄,杜强,黄国平,朱俊强,温殿忠. 航空动力学报. 2012(06)
[8]带有孔式机匣的离心压气机非定常数值模拟[J]. 徐伟,王彤,丁亮,谷传纲. 上海交通大学学报. 2012(04)
[9]小流量下离心压气机流场分析及喘振机理研究[J]. 朱智富,马超,马朝臣,王航. 车用发动机. 2011(02)
[10]离心压气机流动控制机匣新型处理方式研究[J]. 石建成,邹学奇,温泉,刘波. 航空发动机. 2010(03)
博士论文
[1]基于特征的复杂流场纹理可视化关键技术研究[D]. 王怀晖.国防科学技术大学 2015
[2]基于CFD流场分析的多工况多约束条件的叶片优化设计方法与实验研究[D]. 舒信伟.上海交通大学 2009
[3]高转速高压比离心压气机内部流动研究[D]. 初雷哲.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2008
硕士论文
[1]高转速离心压气机改型设计与数值分析[D]. 白新阳.哈尔滨工业大学 2018
[2]基于CFD的风扇及叶轮流场仿真与优化[D]. 芮正明.东南大学 2016
[3]基于BP人工神经网络的离心压气机叶轮多目标优化设计方法[D]. 罗明.中国科学院研究生院(工程热物理研究所) 2015
[4]离心压气机扩稳实验及数值研究[D]. 刘海清.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2013
[5]基于CFX的离心式压气机内部流场数值研究[D]. 高井辉.大连理工大学 2011
[6]车用小型离心压气机结构参数优化及流量特性的仿真计算[D]. 钟利军.西南交通大学 2010
[7]汽油机涡轮增压器逆向设计研究[D]. 朱逸飞.南京航空航天大学 2008
本文编号：3119197
【文章来源】：浙江科技学院浙江省
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
柴油机涡轮增压器工作原理示意图
浙江科技学院硕士学位论文第1章绪论31-吸气壳2-压气机工作叶轮3-扩压器4-压气机壳图1-3涡轮增压器压气机的组成二、离心式（图1-4b）工作时，空气沿旋转轴方向进入，沿径向流出。虽然气体流动损失较大，效率也相对降低，但气体还是要转向的。然而，压气机增压比非常大，可以达到1.4~3，甚至5。该压气机结构简单，制造成本低。其工作范围广，因此柴油增压器常用这类压气机[3]。三、混流式（图1-4c）工作条件及气流特性与轴流与径流之间，其结构与离心相似[3]。图1-4压气机分类a)轴流式b)离心式c)混流式
楹霞友梗?街中问郊友筟48]。高温且有一定压力的废气通过涡轮机壳体进入喷嘴环。喷嘴环的出口具有一定的方向，废气被引导到涡轮机，废气的势能转换成动能，使涡轮机高速旋转。压气机叶轮和涡轮同轴上，因此转速相同。压气机的旋转叶轮将空气吸入压气机壳进入叶轮，空气被压缩，其压力和密度增加。然后空气进入扩压器，空气速度减小，压力和密度继续增加。空气进入压气机蜗壳，气体的速度降低，从而空气的压力和密度继续增加。最后，加压加密的空气通过发动机进气管进入气缸[3]。整个流动路径的压力，温度和气体速度的变化如图2-1所示。外界空气原是静止的，速度是C0=0，温度是大气温度t0=20℃，压力为大气压力，P0=1大气压。由于压气机叶轮旋转，空气被压气机吸入，在吸气壳内速度提高到C1，温度和压力分别下降到T1和P1。空气在叶轮中得到压气机加来的功，速度、温度、压力都迅速上升，分别达到C2、T2、P2。空气到达扩压器和压气机壳，由于流道面积扩大，速度最后下降到Ck，因而温度和压力则继续有所提高，最后达到Tk和Pk。p-静压力T-温度c-速度图2-1压气机内气动参数的变化
【参考文献】：
期刊论文
[1]叶尖小翼结合凹槽对压气机叶栅间隙流场的影响[J]. 韩少冰,郭彦超,钟兢军. 工程热物理学报. 2019(06)
[2]跨声速压气机转子叶顶区域流场非定常计算和POD分析[J]. 刘震雄,竺晓程,杜朝辉. 动力工程学报. 2018(06)
[3]涡轮增压器压气机流场仿真分析[J]. 刘思蓉,王强,任洋,张可,靳嵘. 流体机械. 2018(03)
[4]中国汽车工程学术研究综述·2017[J]. 《中国公路学报》编辑部. 中国公路学报. 2017(06)
[5]涡轮增压器压气机气体流动特性数值模拟研究[J]. 桑晶晶,温华兵,刘红丹,杨兴林. 内燃机工程. 2015(06)
[6]离心压气机机匣处理多工况性能预测与分析[J]. 龚义朝,杜礼明,王澄宇,王焱. 流体机械. 2013(02)
[7]离心压气机自循环预旋喷气机匣处理的设计和验证[J]. 康剑雄,杜强,黄国平,朱俊强,温殿忠. 航空动力学报. 2012(06)
[8]带有孔式机匣的离心压气机非定常数值模拟[J]. 徐伟,王彤,丁亮,谷传纲. 上海交通大学学报. 2012(04)
[9]小流量下离心压气机流场分析及喘振机理研究[J]. 朱智富,马超,马朝臣,王航. 车用发动机. 2011(02)
[10]离心压气机流动控制机匣新型处理方式研究[J]. 石建成,邹学奇,温泉,刘波. 航空发动机. 2010(03)
博士论文
[1]基于特征的复杂流场纹理可视化关键技术研究[D]. 王怀晖.国防科学技术大学 2015
[2]基于CFD流场分析的多工况多约束条件的叶片优化设计方法与实验研究[D]. 舒信伟.上海交通大学 2009
[3]高转速高压比离心压气机内部流动研究[D]. 初雷哲.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2008
硕士论文
[1]高转速离心压气机改型设计与数值分析[D]. 白新阳.哈尔滨工业大学 2018
[2]基于CFD的风扇及叶轮流场仿真与优化[D]. 芮正明.东南大学 2016
[3]基于BP人工神经网络的离心压气机叶轮多目标优化设计方法[D]. 罗明.中国科学院研究生院(工程热物理研究所) 2015
[4]离心压气机扩稳实验及数值研究[D]. 刘海清.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2013
[5]基于CFX的离心式压气机内部流场数值研究[D]. 高井辉.大连理工大学 2011
[6]车用小型离心压气机结构参数优化及流量特性的仿真计算[D]. 钟利军.西南交通大学 2010
[7]汽油机涡轮增压器逆向设计研究[D]. 朱逸飞.南京航空航天大学 2008
本文编号：3119197
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