车用涡轮增压器非线性流场特性及结构优化研究
发布时间：2021-12-22 23:34
涡轮增压器在发动机当中也被广泛应用。废气涡轮增压不仅能够利用废气能量增加进气充量密度和发动机功率,同时,还具备改善热效率、提高经济性和减少噪声、降低排放污染等优点。但涡轮增压器工作环境比较恶劣,叶轮很容易形成疲劳损坏。因此需要准确了解涡轮在工作过程中内部的流场特性,便于改进结构,从而减少涡轮内部能量的损失,提高涡轮效率。研究结果显示,来自涡轮机内部的压力、速度和温度分布都会影响涡轮增压器的性能和效率。蜗壳及叶轮进行合理的设计,能够使得蜗壳出口处的气流分布均匀,从而降低流动损失。考虑到涡轮增压器具有复杂的内部结构,通过实验方法对内部流场进行研究会耗费大量的人力和时间,本文通过CFD方法对涡轮增压器涡轮的内部流场进行仿真,节省了大量的人力和时间。本文以JP60S型废气涡轮增压器为研究对象,对其进行仿真计算和分析。首先确定涡轮增压器数值模拟的数学模型和理论方法,然后通过Hypermesh软件和ANSYS软件对涡轮流场进行了瞬态模拟计算。得到了涡轮出口温度和内部的流场,经与实验数据对比表明模拟值与实验值的误差在3.5%以内。分析了涡轮压力分布、温度分布和速度分布。通过分析叶轮熵值的分布情况,得...
【文章来源】：齐鲁工业大学山东省
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
涡轮增压器压气机进气口压气机叶轮
因此提高了发动机的燃油消耗率，污染排放严重，从而低；如果将涡轮增压器与发动机装配并选在发动机速度较在较高速度工作时造成增压过高，当增压压力过大时发，从而会提高发动机的机械负荷以及热负荷。为了解决许多的研究工作，研发了很多新型增压系统，如可变几何辅助涡轮增压、相继增压等[13]。增压系统增压系统中的增压压力是改变涡轮的通流能力来调整的动机在较低速度工作时，来调节涡轮进气口的大小，使变，让缸内燃烧更充分，提高涡轮的增压压力，从而改下的性能；在发动机处于高速工作时，通过增大涡轮的空气量，防止缸内压力过高导致发动机超速。采用可变污染，提高了发动机的燃油经济性，使发动机的瞬态响机和涡轮增压器之间相互匹配。
（a） （b） （c）图 1.3 VNT 叶片旋转前后示意图如图 1.2 所示涡轮增压器，图 1.3 为涡轮增压器工作示意图。当发动机在较低速度工作情况下，叶片转动的角度如图 1.3（a）所示，这个两个喷嘴环叶片之间面积将会减小，提高缸内的进气量，提高气体的增压压力；当发动机在高速度状态工作时，叶片转动的角度如图 1.3（b）所示，这个时候两个叶片之间的面积会增大，这样会使过量的气体有一部分流出，从而降低气体的增压压力，防止增压器速度过快。所以，在涡轮增压系统中可变几何增压系统是一种不错的增压系统，即便这样这种增压系统也会存在一系列问题
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Ansys Workbench的圆管带式输送机桁架结构的有限元分析[J]. 吴炳胜,胡明伟,陈秋平. 起重运输机械. 2013(03)
[2]涡轮增压器压气机级性能仿真预测研究[J]. 陈钢,闫健菲,张晋东. 车用发动机. 2011(06)
[3]不同湍流模型对旋涡流动的数值模拟[J]. 冯喜平,赵胜海,李进贤,曹琪. 航空动力学报. 2011(06)
[4]汽车涡轮增压器涡壳的机遇和挑战[J]. 徐锦锋. 铸造技术. 2010(11)
[5]车用涡轮增压器涡轮非稳态特性试验研究[J]. 于立国,马朝臣,施新,张志强,张强,朱智富,赵佳. 内燃机工程. 2010(05)
[6]涡轮增压柴油机在脉冲负载下的瞬态特性仿真与试验研究[J]. 邢广笑,曾凡明,袁利国. 船海工程. 2010(02)
[7]ANSYS-CFX单向流固耦合分析的方法[J]. 刘志远,郑源,张文佳,司佳钧. 水利水电工程设计. 2009(02)
[8]基于数值优化方法的轴流压气机叶片设计与分析[J]. 高坤,楚武利,董万峰. 流体机械. 2007(06)
[9]车用涡轮增压器压气机叶轮强度计算与分析[J]. 张虹,马朝臣. 内燃机工程. 2007(01)
[10]增压器压气机叶轮低周疲劳强度有限元计算分析[J]. 黄若,孟令广,张虹. 内燃机工程. 2006(04)
博士论文
[1]径流式涡轮喷嘴环低流损函数叶片设计方法研究[D]. 刘云岗.山东大学 2006
硕士论文
[1]可变几何排气系统与涡轮增压器的优化设计[D]. 王守群.山东大学 2014
[2]涡轮增压器的流场分析及结构优化[D]. 刚毅.吉林大学 2014
[3]废气涡轮增压器涡轮叶片流—固耦合强度分析[D]. 彭诚.沈阳理工大学 2014
[4]基于FLUENT的涡轮增压器流场分析与优化[D]. 符丁元.武汉理工大学 2013
[5]可变截面涡轮增压器（VGT）流场分析[D]. 芦成英.大连交通大学 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]船用增压器涡轮结构与性能数值研究及改进[D]. 刘英.大连理工大学 2007
[8]车用涡轮增压器蜗壳流场分析[D]. 谷爱国.吉林大学 2007
[9]涡轮增压器涡轮蜗壳内非定常流CFD计算[D]. 李博.山东大学 2006
[10]TBD234V12柴油机相继增压技术研究[D]. 王贺春.哈尔滨工程大学 2004
本文编号：3547322
【文章来源】：齐鲁工业大学山东省
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
涡轮增压器压气机进气口压气机叶轮
因此提高了发动机的燃油消耗率，污染排放严重，从而低；如果将涡轮增压器与发动机装配并选在发动机速度较在较高速度工作时造成增压过高，当增压压力过大时发，从而会提高发动机的机械负荷以及热负荷。为了解决许多的研究工作，研发了很多新型增压系统，如可变几何辅助涡轮增压、相继增压等[13]。增压系统增压系统中的增压压力是改变涡轮的通流能力来调整的动机在较低速度工作时，来调节涡轮进气口的大小，使变，让缸内燃烧更充分，提高涡轮的增压压力，从而改下的性能；在发动机处于高速工作时，通过增大涡轮的空气量，防止缸内压力过高导致发动机超速。采用可变污染，提高了发动机的燃油经济性，使发动机的瞬态响机和涡轮增压器之间相互匹配。
（a） （b） （c）图 1.3 VNT 叶片旋转前后示意图如图 1.2 所示涡轮增压器，图 1.3 为涡轮增压器工作示意图。当发动机在较低速度工作情况下，叶片转动的角度如图 1.3（a）所示，这个两个喷嘴环叶片之间面积将会减小，提高缸内的进气量，提高气体的增压压力；当发动机在高速度状态工作时，叶片转动的角度如图 1.3（b）所示，这个时候两个叶片之间的面积会增大，这样会使过量的气体有一部分流出，从而降低气体的增压压力，防止增压器速度过快。所以，在涡轮增压系统中可变几何增压系统是一种不错的增压系统，即便这样这种增压系统也会存在一系列问题
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Ansys Workbench的圆管带式输送机桁架结构的有限元分析[J]. 吴炳胜,胡明伟,陈秋平. 起重运输机械. 2013(03)
[2]涡轮增压器压气机级性能仿真预测研究[J]. 陈钢,闫健菲,张晋东. 车用发动机. 2011(06)
[3]不同湍流模型对旋涡流动的数值模拟[J]. 冯喜平,赵胜海,李进贤,曹琪. 航空动力学报. 2011(06)
[4]汽车涡轮增压器涡壳的机遇和挑战[J]. 徐锦锋. 铸造技术. 2010(11)
[5]车用涡轮增压器涡轮非稳态特性试验研究[J]. 于立国,马朝臣,施新,张志强,张强,朱智富,赵佳. 内燃机工程. 2010(05)
[6]涡轮增压柴油机在脉冲负载下的瞬态特性仿真与试验研究[J]. 邢广笑,曾凡明,袁利国. 船海工程. 2010(02)
[7]ANSYS-CFX单向流固耦合分析的方法[J]. 刘志远,郑源,张文佳,司佳钧. 水利水电工程设计. 2009(02)
[8]基于数值优化方法的轴流压气机叶片设计与分析[J]. 高坤,楚武利,董万峰. 流体机械. 2007(06)
[9]车用涡轮增压器压气机叶轮强度计算与分析[J]. 张虹,马朝臣. 内燃机工程. 2007(01)
[10]增压器压气机叶轮低周疲劳强度有限元计算分析[J]. 黄若,孟令广,张虹. 内燃机工程. 2006(04)
博士论文
[1]径流式涡轮喷嘴环低流损函数叶片设计方法研究[D]. 刘云岗.山东大学 2006
硕士论文
[1]可变几何排气系统与涡轮增压器的优化设计[D]. 王守群.山东大学 2014
[2]涡轮增压器的流场分析及结构优化[D]. 刚毅.吉林大学 2014
[3]废气涡轮增压器涡轮叶片流—固耦合强度分析[D]. 彭诚.沈阳理工大学 2014
[4]基于FLUENT的涡轮增压器流场分析与优化[D]. 符丁元.武汉理工大学 2013
[5]可变截面涡轮增压器（VGT）流场分析[D]. 芦成英.大连交通大学 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]船用增压器涡轮结构与性能数值研究及改进[D]. 刘英.大连理工大学 2007
[8]车用涡轮增压器蜗壳流场分析[D]. 谷爱国.吉林大学 2007
[9]涡轮增压器涡轮蜗壳内非定常流CFD计算[D]. 李博.山东大学 2006
[10]TBD234V12柴油机相继增压技术研究[D]. 王贺春.哈尔滨工程大学 2004
本文编号：3547322
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