车用可变涡轮增压器涡轮流场CFD分析

发布时间：2017-06-01 04:13

  本文关键词：车用可变涡轮增压器涡轮流场CFD分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着发动机排放要求的不断严格与能源的不断匮乏,节能和减排已经成为当今发动机发展的最大机遇和挑战。为了提高和改进发动机的动力性、经济性和排放性,涡轮增压发动机已成为现代发动机的一个基本机型。在涡轮增压发动机中,涡轮增压器性能对发动机性能有重要的影响,而涡轮效率又决定着涡轮增压器的效率。虽然,增压发动机改善了自然吸气发动机的综合性能,但是,普通涡轮增压发动机存在低速扭矩不足、加速响应滞后、低油耗运行区窄等缺陷,尤其是普通涡轮增压汽油机会出现爆震现象。因此,比普通涡轮增压器更具优越性的可变喷嘴涡轮增压器成为发动机研究者热衷的研究课题。 论文中以某款可变喷嘴增压器(VNT)的涡轮为研究对象,应用UG三维绘图软件提取出涡轮内部流场三维模型。通过计算流体力学(CFD)数值计算方法对涡轮内部三维稳态流场进行模拟计算,以研究涡轮内流场的运动情况和变化规律。通过比较模拟计算数据与涡轮增压器台架试验数据验证涡轮内流场数值计算的可行性。 研究结果表明：涡轮蜗壳设计合理,蜗壳内流动损失小,没有出现回流、旋流和突扩等不良现象。蜗壳中流场的温度、压力和流速的分布规律和变化情况满足气体动力学原理,并且蜗壳内气体的流动轨迹近似于对数螺旋线。在喷嘴环区域,叶片间气体的流动特性能够满足渐缩形喷管的流动规律,沿着气体流动方向,压力和温度是逐渐降低的、速度是逐渐升高的。但是,在喷嘴环大开度时,喷嘴环叶片的头部型线需要结合涡轮所有工况进行优化,减小叶片头部的迎风阻挡面积,降低叶片头部的碰撞损失。最后通过不同喷嘴环开度流场的对比分析,得到了可变喷嘴涡轮增压器的工作特点,通过改变喷嘴环开度控制进入叶轮的流体速度,从而控制增压器增压性能,满足发动机所有工况进气量需求。
【关键词】：可变喷嘴增压器 计算流体力学(CFD) 数值计算 三维稳态流场
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：U464.13
【目录】：

• 中文摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 前言9-11
• 1.2 国内外研究现状11-13
• 1.2.1 国外研究现状11-13
• 1.2.2 国内研究现状13
• 1.3 CFD在仿真计算中的应用及计算软件的简介13-14
• 1.4 研究的主要内容14-17
• 第二章 叶轮机械流场数值计算方法17-27
• 2.1 气体流动控制方程17-19
• 2.1.1 质量守恒方程17
• 2.1.2 动量守恒方程17-18
• 2.1.3 能量守恒方程18
• 2.1.4 流体状态方程18-19
• 2.2 湍流模型19-22
• 2.2.1 湍流模型概述19-21
• 2.2.2 常用湍流模型介绍21-22
• 2.3 离散方法22-23
• 2.4 边界条件和初始条件23-24
• 2.5 网格生成技术24-26
• 2.5.1 结构网格25
• 2.5.2 非结构网格25-26
• 2.5.3 混合网格26
• 2.6 小结26-27
• 第三章 可变喷嘴增压器的性能试验27-35
• 3.1 可变喷嘴涡轮增压器27-29
• 3.2 试验内容29-30
• 3.3 试验数据的计算30-31
• 3.3.1 静压、总压、静温、总温的换算31
• 3.3.2 相似转速的换算31
• 3.3.3 相似流量的换算31
• 3.3.4 涡轮膨胀比计算31
• 3.4 试验结果31-33
• 3.5 小结33-35
• 第四章 涡轮流场的CFD模型建立35-43
• 4.1 几何模型35-36
• 4.1.1 涡轮模型35-36
• 4.1.2 流场模型36
• 4.2 网格模型36-38
• 4.3 数学模型38-40
• 4.3.1 FIRE模拟计算的基本方程38-39
• 4.3.2 计算模式的设定39
• 4.3.3 进出口边界和壁面边界39
• 4.3.4 初始条件39
• 4.3.5 松弛因子和差分格式39-40
• 4.3.6 收敛条件40
• 4.4 模型验证40-42
• 4.4.1 计算结果41
• 4.4.2 模型验证41-42
• 4.5 小结42-43
• 第五章 涡轮流场的稳态CFD分析43-55
• 5.1 低流损场的要求43
• 5.2 喷嘴最小开度时流场的研究43-46
• 5.2.1 流场中压力分布图43-44
• 5.2.2 流场中温度分布图44-45
• 5.2.3 流场中的速度分布45-46
• 5.3 喷嘴最大开度时流场的研究46-50
• 5.3.1 流场中压力分布图47
• 5.3.2 流场中温度分布图47-48
• 5.3.3 流场中的速度分布48-50
• 5.4 不同喷嘴环开度流场分析50-54
• 5.5 小结54-55
• 第六章 结论与展望55-57
• 6.1 结论55
• 6.2 展望55-57
• 致谢57-59
• 参考文献59-62
• 附录A 攻读硕士学位期间参与项目及发表论文62-63
• 附录1 参与项目62
• 附录2 发表论文62-63
• 附录B 攻读硕士学位期间所获奖励63

【引证文献】

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 符丁元;基于FLUENT的涡轮增压器流场分析与优化[D];武汉理工大学;2013年

  本文关键词：车用可变涡轮增压器涡轮流场CFD分析，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：411596