車用渦輪增壓器離心壓氣機無葉擴壓器的數(shù)值研究及特性曲線形成機理分析.pdf

1、隨著現(xiàn)代車用發(fā)動機向著高功率、大扭矩及低排放的方向發(fā)展,渦輪增壓技術(shù)受到越來越廣泛的重視和應(yīng)用,怎樣設(shè)計出高效率、高壓比及流量范圍寬廣的壓氣機成為當務(wù)之急。一般來說,渦輪增壓器離心壓氣機主要由離心葉輪、無葉擴壓器和蝸殼三部分組成,其中葉輪由于其在壓氣機中的重要作用及其復(fù)雜性被以往的研究者進行了大量的研究,相比之下無葉擴壓器段和蝸殼段的研究要少很多,而據(jù)有關(guān)文獻研究表明在車用渦輪增壓器離心壓氣機的所有靜止件中,擴壓器屬關(guān)鍵部件。一般葉輪出

2、口氣流的動能占葉輪對氣體所作功的20％～50％,擴壓器可使這些具有較大速度的氣流減速,從而將動能轉(zhuǎn)化為壓力能,達到進一步提升壓力的作用。無葉擴壓器在車用增壓器使用中存在的問題是車用工況復(fù)雜,空氣流量、流速、壓力有較大變化,流動狀況極其復(fù)雜,因此,對無葉擴壓器進行深入研究,充分掌握其內(nèi)部流動規(guī)律,為設(shè)計出高性能無葉擴壓器,進而為進一步提升壓氣機性能奠定基礎(chǔ)。
　　 本文使用全三維CFD軟件Numeca對一廣泛使用的小型車用渦輪增壓

3、器離心壓氣機進行了數(shù)值模擬,著重分析了無葉擴壓器內(nèi)部的流動性能。本文首先詳盡闡述了無葉擴壓器收縮段內(nèi)部氣體流動的特點及設(shè)計擴壓器時普遍采用收斂型無葉擴壓器的內(nèi)部流動機理。其次在壓氣機小流量工況下,以一個新的角度對擴壓器內(nèi)部的流動進行了分析,即對擴壓器收縮段和平行段分別對比分析,以明確兩者在小流量工況下的各自內(nèi)部流動的特點,從而為進一步研究無葉擴壓器的失速現(xiàn)象奠定了基礎(chǔ)。第三通過改變擴壓器收縮角發(fā)現(xiàn),擴壓器收縮角對壓氣機整機性能具有一定影

4、響,通過對比分析指出了擴壓器收縮角設(shè)計原則,從而為設(shè)計出性能優(yōu)良的收縮型無葉擴壓器奠定了基礎(chǔ)。
　　 離心壓氣機性能曲線是評價離心壓氣機氣動性能的直接參考,對于壓氣機特性曲線趨勢的若干特點結(jié)合內(nèi)部流場進行分析,全面理解特性形成的機理,對于深入理解壓氣機性能具有重要意義。本文最后對于壓氣機特性中,同轉(zhuǎn)速工況下,壓氣機最高壓比點總出現(xiàn)在最高效率點之后、最高壓比點之后壓比不隨效率特性曲線一樣快速下滑,而只小幅下降然后平穩(wěn)發(fā)展直至喘振發(fā)

5、生,這兩個特點進行了機理分析,補充了對于壓氣機特性曲線形成機理方面研究的不足。
　　 本文的核心部分在于,一方面利用數(shù)值模擬的手段首次研究了擴壓器收縮角對壓氣機整機性能的影響,詳細分析了這種影響所對應(yīng)的流動機理,并基于此研究對該成熟壓氣機擴壓器收縮角進行改進,形成了兩種改進方案,其中一種方案在設(shè)計點壓比與原機相當?shù)那闆r下,效率提升了1.74％,第二種方案在效率與原機相當?shù)那闆r下,壓比提高約0.042。另一方面在于首次詳細分析了壓