車用渦輪增壓器離心壓氣機(jī)無(wú)葉擴(kuò)壓器的數(shù)值研究及特性曲線形成機(jī)理分析.pdf

1、隨著現(xiàn)代車用發(fā)動(dòng)機(jī)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(lái)越廣泛的重視和應(yīng)用,怎樣設(shè)計(jì)出高效率、高壓比及流量范圍寬廣的壓氣機(jī)成為當(dāng)務(wù)之急。一般來(lái)說(shuō),渦輪增壓器離心壓氣機(jī)主要由離心葉輪、無(wú)葉擴(kuò)壓器和蝸殼三部分組成,其中葉輪由于其在壓氣機(jī)中的重要作用及其復(fù)雜性被以往的研究者進(jìn)行了大量的研究,相比之下無(wú)葉擴(kuò)壓器段和蝸殼段的研究要少很多,而據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)研究表明在車用渦輪增壓器離心壓氣機(jī)的所有靜止件中,擴(kuò)壓器屬關(guān)鍵部件。一般葉輪出

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

3、器離心壓氣機(jī)進(jìn)行了數(shù)值模擬,著重分析了無(wú)葉擴(kuò)壓器內(nèi)部的流動(dòng)性能。本文首先詳盡闡述了無(wú)葉擴(kuò)壓器收縮段內(nèi)部氣體流動(dòng)的特點(diǎn)及設(shè)計(jì)擴(kuò)壓器時(shí)普遍采用收斂型無(wú)葉擴(kuò)壓器的內(nèi)部流動(dòng)機(jī)理。其次在壓氣機(jī)小流量工況下,以一個(gè)新的角度對(duì)擴(kuò)壓器內(nèi)部的流動(dòng)進(jìn)行了分析,即對(duì)擴(kuò)壓器收縮段和平行段分別對(duì)比分析,以明確兩者在小流量工況下的各自內(nèi)部流動(dòng)的特點(diǎn),從而為進(jìn)一步研究無(wú)葉擴(kuò)壓器的失速現(xiàn)象奠定了基礎(chǔ)。第三通過(guò)改變擴(kuò)壓器收縮角發(fā)現(xiàn),擴(kuò)壓器收縮角對(duì)壓氣機(jī)整機(jī)性能具有一定影

4、響,通過(guò)對(duì)比分析指出了擴(kuò)壓器收縮角設(shè)計(jì)原則,從而為設(shè)計(jì)出性能優(yōu)良的收縮型無(wú)葉擴(kuò)壓器奠定了基礎(chǔ)。
　　 離心壓氣機(jī)性能曲線是評(píng)價(jià)離心壓氣機(jī)氣動(dòng)性能的直接參考,對(duì)于壓氣機(jī)特性曲線趨勢(shì)的若干特點(diǎn)結(jié)合內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行分析,全面理解特性形成的機(jī)理,對(duì)于深入理解壓氣機(jī)性能具有重要意義。本文最后對(duì)于壓氣機(jī)特性中,同轉(zhuǎn)速工況下,壓氣機(jī)最高壓比點(diǎn)總出現(xiàn)在最高效率點(diǎn)之后、最高壓比點(diǎn)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(gè)特點(diǎn)進(jìn)行了機(jī)理分析,補(bǔ)充了對(duì)于壓氣機(jī)特性曲線形成機(jī)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(kuò)壓器收縮角對(duì)壓氣機(jī)整機(jī)性能的影響,詳細(xì)分析了這種影響所對(duì)應(yīng)的流動(dòng)機(jī)理,并基于此研究對(duì)該成熟壓氣機(jī)擴(kuò)壓器收縮角進(jìn)行改進(jìn),形成了兩種改進(jìn)方案,其中一種方案在設(shè)計(jì)點(diǎn)壓比與原機(jī)相當(dāng)?shù)那闆r下,效率提升了1.74％,第二種方案在效率與原機(jī)相當(dāng)?shù)那闆r下,壓比提高約0.042。另一方面在于首次詳細(xì)分析了壓