高压比离心压气机叶轮冷却仿真研究

摘要

随着排放法规的日益严格，对柴油机增压比的要求越来越高，对于作为涡轮增压器中重要部件的离心压气机要求也越来越高。压气机压比的提高常常伴随着大量热量的产生，使压气机不能长时间稳定的工作。而且，压气机出口气体温度升高会降低进气密度，使增压器的增压效果减弱。因此，有必要对压气机进行冷却以保证其工作稳定性，同时提高压气机的性能。
　　本文针对某型高压比离心压气机，采用NUMECA和CFX商业软件对压气机进行数值模拟计算，得到了离心压气机完整的特性曲线并验证了模型的正确性。
　　针对该离心压气机，在压气机背盘内设计了冷却结构，并在冷却通道中通入冷却水以带走压气机工作时产生的热量。利用CFX软件对压气机内部流场和外部的冷却结构进行了迭代耦合计算。
　　确定了不同转速下压气机流场的散热量，将该散热量带回压气机流场中进行计算，得到了传热条件下压气机温度、压比和流量，并与绝热条件进行对比。比较发现采用冷却结构的压气机在中高转速工况下，叶轮叶片和扩压器温度有了明显的降低，在最高转速时，扩压器叶片温度最多可降低28.3K，明显提高了压气机的工作稳定性。但是在低转速工况下，由于压气机本身的温度就不高，冷却结构对压气机的影响不大。
　　采用冷却结构后，压气机的各参数都有了改善。通过分析冷却后压气机的流场发现，压气机内部的流动在冷却后变得更加均匀合理，直接表现为压气机出口处气体的流量和压比发生了变化。冷却后，各转速下压气机的流量和压比都有所提高，压气机的稳定工作范围有所增加，流量范围扩大了4％，压比范围扩大了5％。同时压气机的效率有较大的提高，最高效率能够达到84.3％，压气机出口气体密度增加了0.5％。

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第1章 绪论

1.1涡轮增压器离心压气机的研究背景

1.2涡轮增压器离心压气机叶轮冷却的研究意义

1.3国内外关于离心式压气机冷却的研究现状

1.4计算流体动力学的应用

1.5 论文主要研究内容

第2章 数值计算模型

2.1 流体力学基础

2.2流体流动的基本方程

2.3 湍流模型

2.4 偏微分方程数值解法

2.5 本章小结

第3章 离心压气机数值仿真结果与分析

3.1 离心压气机仿真模型的建立

3.2 离心压气机计算参数的设置

3.3 离心压气机计算结果与流场分析

3.4 本章小结

第4章 带冷却结构的离心压气机数值仿真结果

4.1 离心压气机冷却结构

4.2带冷却结构的压气机仿真模型的建立

4.3 带冷却结构压气机温度场分析

4.4 冷却盘内冷却液流动分析

4.4本章小结

第5章 冷却结构对离心压气机性能的影响

5.1带冷却的离心压气机与无冷却的离心压气机计算结果对比

5.2带冷却结构离心压气机流场分析

5.3本章小结

结论

参考文献

致谢