叶轮设计对车用涡轮增压器压气机的效率及噪声影响的研究

发布时间：2017-09-10 18:04

  本文关键词：叶轮设计对车用涡轮增压器压气机的效率及噪声影响的研究

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【摘要】：在汽车保有量不断增高的今天,汽车尾气排放已成为城市污染的主要来源之一。日益严苛的机动车尾气排放限制和高昂的油价使得汽车发动机小型化成为技术发展的大势所趋。而涡轮增压技术正是发动机小型化的核心所在。在车用涡轮增压器中,压气机是压缩空气的做功核心部件,效率和噪音是评价压气机好坏的重要指标。现有的研究多数只关注到其中的某一个优化目标,很少同时对两个目标进行优化。本文通过改变压气机叶轮的结构参数,对不同参数下的压气机模型进行数值模拟仿真,利用仿真得到的结果来探讨叶轮结构参数对压气机效率和噪声的影响并且通过双目标优化得到最优的结构参数组合。首先,本文基于计算流体力学(Computational Fluid Dynamics)分析工具ANSYS中的组件BladeGen对叶轮模型进行参数化建模,并分别完成不同参数叶轮模型和流道模型的建立;利用TurboGrid完成拓扑结构设计和网格划分,在CFX中设置边界条件、选择湍流模型和噪声模型等仿真参数,并利用CFX-Solver求解器的稳态模型对车用涡轮增压器压气机叶轮的工作进行仿真。其次,在合理的叶轮结构参数范围内设计不同参数水平的正交试验。对数值模拟正交试验进行结果整理,通过极差分析法和拟合分析法评价各结构参数对压气机效率、噪声影响的显著性,通过多项式回归的方法,分别拟合各结构参数与效率和噪音的影响效应曲线,给出参数与优化目标间的关系,结合CFX后处理云图、矢量图、迹线图等可视化工具分析各结构参数对于离心式压气机效率和噪声的影响方式和机理。最后,用直观分析法和综合评分法进行效率、噪声的双目标优化,得到最优的叶轮参数组合并与初始模型进行对比。本文优化得到的最优叶轮参数组合达到设计目标,通过双目标优化方法提升了初始模型的效率和噪声表现；研究过程中得到的分析结果可为车用涡轮增压器压气机的开发提供理论和数据支持,有助于提高并改善车用涡轮增压器压气机的开发成本和设计效果。
【关键词】：涡轮增压器 压气机 CFD 优化设计 效率 噪声
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U464.135
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-22
• 1.1 课题背景10-12
• 1.2 增压器分类12-14
• 1.2.1 机械增压12
• 1.2.2 废气涡轮增压12-13
• 1.2.3 离心式与轴流式压气机13-14
• 1.3 课题国内外研究现状14-18
• 1.3.1 压气机叶轮研究现状15
• 1.3.2 压气机扩压器研究现状15-16
• 1.3.3 压气机蜗壳研究现状16-17
• 1.3.4 压气机噪声研究现状17-18
• 1.4 课题意义18-20
• 1.5 论文的技术路线和框架20
• 1.6 本文的主要工作20-22
• 第二章 车用涡轮增压器压气机及噪声理论基础22-35
• 2.1 离心式压气机基本理论22-25
• 2.1.1 离心式压气机做功原理22-24
• 2.1.2 流体速度三角形模型24-25
• 2.2 噪声理论基础25-30
• 2.2.1 声强理论25-27
• 2.2.2 噪声预测模型27-30
• 2.3 CFD技术基础30-33
• 2.3.1 CFD技术概述30
• 2.3.2 湍流理论及数值模拟方法30-33
• 2.4 本章小结33-35
• 第三章 车用涡轮增压器压气机叶轮参数化建模方案35-46
• 3.1 车用涡轮增压器压气机性能参数设计35
• 3.2 叶轮气动设计35-43
• 3.2.1 叶轮入口参数设计36-38
• 3.2.2 叶轮形式设计38-40
• 3.2.3 叶轮出口参数设计40-42
• 3.2.4 叶轮气动设计小结42-43
• 3.3 叶轮参数设计校核43-45
• 3.4 本章小结45-46
• 第四章 车用涡轮增压器压气机叶轮数值仿真46-60
• 4.1 CFD仿真流程46
• 4.2 叶轮几何模型建立46-48
• 4.3 网格划分策略48-51
• 4.3.1 网格划分工具选择48-49
• 4.3.2 网格划分方式49-50
• 4.3.3 网格划分质量及优化50-51
• 4.4 数值求解方案51-57
• 4.4.1 数值求解工具的选择51-52
• 4.4.2 湍流模型的选择52-54
• 4.4.3 噪声模型选择54-55
• 4.4.4 预处理设置55-57
• 4.5 求解结果及后处理57-58
• 4.6 本章小结58-60
• 第五章 车用涡轮增压器压气机叶轮仿真结果分析及多目标优化60-85
• 5.1 正交实验60-66
• 5.1.1 正交实验的设计60-62
• 5.1.2 正交实验结果62-63
• 5.1.3 正交实验结果分析63-66
• 5.2 优化目标与结构参数关系分析66-80
• 5.2.1. 优化目标与叶轮入口轮毂尺寸D_(h1)关系曲线66-67
• 5.2.2 优化目标与叶轮入口轮缘尺寸D_(s1)关系曲线67
• 5.2.3 叶轮入口尺寸对优化目标的影响分析67-73
• 5.2.4 优化目标与叶轮出口角β_2关系曲线73-74
• 5.2.5 叶轮出口角β_2对优化目标的影响分析74-77
• 5.2.6 叶轮入口角β_1与优化目标关系分析77-79
• 5.2.7 优化目标与叶片数Z关系分析79-80
• 5.3 双目标优化80-83
• 5.3.1 直观分析法80-81
• 5.3.2 综合评分法81-83
• 5.3.3 优化结果对比分析83
• 5.4 本章小结83-85
• 第六章 结论与展望85-88
• 6.1 主要研究成果85-86
• 6.2 创新点86-87
• 6.3 后续工作展望87-88
• 参考文献88-93

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本文编号：825794