双参数输出离心压气机的设计及试验研究

发布时间：2017-08-11 23:21

  本文关键词：双参数输出离心压气机的设计及试验研究

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【摘要】：为解决单级涡轮增压车辆在高原行驶时出现的内燃机进气量不足、功率下降等问题,提出一种用于高原行驶的车辆挂载的一套辅助增压系统。该辅助系统由微型燃气轮机驱动一个辅助增压压气机,使辅助增压压气机作为二级增压的低级压气机向车辆所配备的原有增压系统供给恢复到平原压力的空气。论文根据增压器与微型燃气轮机具有的相似结构原理的特点,针对辅助增压系统的需要,将辅助增压压气机与微型燃气轮机辅助燃烧压气机合二为一,设计出一种带有准流线型阶梯叶轮的双参数输出离心压气机,能够同时输出两种不同压比和流量的空气,以此来满足辅助增压和辅助燃烧要求两种不同压比空气的需求。论文工作主要包括以下几个部分:论文首先对目标柴油机和微型燃气轮机进行匹配计算,得到设计压气机在设计点需要分别向柴油机和微型燃气轮机提供的流量、压比等两套参数。并以高压比和总流量为设计参数对高压比母叶轮进行初步设计,得到高压比母叶轮基本参数,以此选取一款已经用于工程的成熟叶轮作为高压比母叶轮,对其进行三维建模,并用NUMECA进行数值模拟仿真计算,通过分析叶轮的压力、流量及子午流线分布,确定阶梯型叶轮高、低压级出口的直径和宽度以及在分流处准流线型阶梯叶轮的形状,最后对高压比母叶轮进行切割最终得到准流线型阶梯叶轮。对新型压气机的双流道输出蜗壳进行设计。通过对高、低压蜗壳流道各流通截面参数的计算和扩压器直径计算等,最终设计得到高压级、低压级蜗壳;设计准流线分隔板及背盘,完成双流道输出蜗壳的所有设计。最后做出工程图纸进行加工,做出双参数输出离心压气机。设计试验台,对设计的双参数输出离心压气机进行试验分析,分析其在海拔3000m到5000m的工作性能;并保持高压级流量不变,分析低压级压气机特性以及高、低压级压气机的互相的影响。
【关键词】：离心压气机 准流线型阶梯叶轮 试验分析 双参数输出
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U464.135
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-20
• 1.1 研究背景及意义11-14
• 1.2 离心压气机设计及优化研究14-18
• 1.2.1 离心压气机一维气动设计方法14-15
• 1.2.2 离心压气机叶轮成型设计方法15-17
• 1.2.3 双参数输出离心压气机设计研究17-18
• 1.3 本文研究的主要目的和内容18-20
• 第2章 双参数输出离心压气机初步设计20-32
• 2.1 引言20
• 2.2 双参数输出离心压气机的结构及原理20-22
• 2.3 一维匹配计算22-24
• 2.4 双参数输出压气机叶轮的设计方法24-25
• 2.5 高压比母叶轮的三维设计25-30
• 2.5.1 压气机叶轮设计过程简述25-26
• 2.5.2 叶轮进口几何参数26-27
• 2.5.3 叶轮叶片的主要结构参数27-28
• 2.5.4 叶轮出口处主要参数28-29
• 2.5.5 高压比母叶轮初步设计29-30
• 2.6 本章小结30-32
• 第3章 高压比母叶轮的数值建模及分析32-45
• 3.1 引言32
• 3.2 控制方程组及其离散过程32-34
• 3.3 网格划分34-38
• 3.3.1 近壁面网格尺度的确定35-36
• 3.3.2 网格拓扑结构36-37
• 3.3.3 网格质量检查37-38
• 3.4 高压比母叶轮三维流动计算模型的建立38-41
• 3.4.1 网格生成38-39
• 3.4.2 初始条件和边界条件的设置39-40
• 3.4.3 计算结果收敛性判定40-41
• 3.5 高压比母叶轮的数值模拟结果分析41-43
• 3.5.1 流量分析41-42
• 3.5.2 压力分析42
• 3.5.3 子午流线分析42-43
• 3.6 本章小结43-45
• 第4章 双流道集气蜗壳设计45-54
• 4.1 引言45
• 4.2 压气机前壳、后壳的设计45-50
• 4.2.1 流道计算及设计45-47
• 4.2.2 压气机前壳设计47-49
• 4.2.3 压气机后壳的设计49-50
• 4.3 准流线型分隔板和背盘设计50-52
• 4.3.1 准流线型分隔板的设计50-51
• 4.3.2 背盘设计51-52
• 4.4 本章小结52-54
• 第5章 双参数输出离心压气机试验分析54-63
• 5.1 引言54
• 5.2 试验目的54-55
• 5.3 试验内容55-57
• 5.3.1 试验测量工况点计算55
• 5.3.2 试验台架介绍55-56
• 5.3.3 试验控制和测量参数56
• 5.3.4 试验内容及ki骤56-57
• 5.4 试验结果分析57-61
• 5.4.1 设计工况点试验分析57-59
• 5.4.2 低压级压气机特性分析59-60
• 5.4.3 低压级流量变化对高压级特性影响的分析60-61
• 5.5 本章小结61-63
• 结论63-65
• 总结63-64
• 本文创新点64
• 展望64-65
• 参考文献65-68
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单68-69
• 致谢69

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