基于强耦合的增压器轴承体耦合传热分析及冷却性能研究

摘要

中国汽车产量占世界汽车产量的比重逐年提高，汽车保有量持续快速增长，对能源和环境带来了很大的挑战，对此，我国将实施“全球最严”的国六排放法规。涡轮增压技术顺应这个趋势迅速发展起来，技术日趋成熟，不断向小排量、高增压的方向发展，导致涡轮增压器各零部件的工作环境越来越恶劣。轴承体上增设冷却水腔能有效地降低关键零部件轴承和密封环的热负荷。
　　本文以湖南省科技重大专项项目、汽车车身先进设计制造国家重点实验室自主课题为依托，以某0.8L汽油机搭载的涡轮增压器为研究对象，基于涡轮增压器流固耦合传热机理，应用强耦合的方法对涡轮箱和轴承体的装配体进行了耦合传热分析，对轴承体冷却性能的影响因素和水阻性能进行了研究，论文主要研究工作和创新之处如下：
　　（1）建立了涡轮增压器涡轮箱和轴承体传热、流体流动与传热以及耦合边界传热的数学模型，对比分析了强耦合和弱耦合方式的应用结果，并确定了强耦合方式的增压器轴承体耦合传热数值求解方法。
　　（2）对建立的高温废气-涡轮箱、冷却水-轴承体和润滑油-轴承体耦合传热系统和涡轮和转子轴高速旋转模型进行了模拟，分析了流体的流动和传热以及涡轮箱和轴承体的传热情况，得到了流体的流速、温度以及固体域的温度分布，为计算最小冷却水和润滑油流量提供了重要的理论基础。
　　（3）分析了废气入口温度、涡轮转速、润滑油流量、冷却水流量对轴承体冷却性能的影响，并依据冷却水在轴承体内流动时的重力势能、压降和动能变化，得到了冷却水在轴承体内流动的水阻性能，为建立冷却水的水阻和流量的函数关系式和轴承体内水腔的设计提供了参考依据。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 汽油机涡轮增压器概况

1.3 流固耦合传热的研究现状

1.4 本文研究的主要内容

第2章 增压器耦合传热的理论基础及耦合方式对比

2.1 物理模型的数学描述

2.2 固体传热计算

2.3 不同耦合方式的对比

2.4 本章小结

第3章 涡轮箱和轴承体模型建立及耦合传热分析

3.1 耦合传热网格模型的建立

3.2 耦合传热计算收敛条件

3.3 装配体整体传热计算结果

3.4 涡轮箱部分的计算结果

3.5 轴承体部分的计算结果

3.6 冷却水量和润滑油量分析

3.7 本章小结

第4章 轴承体冷却性能影响因素及水阻性能分析

4.1 轴承体冷却性能影响因素

4.2 轴承体水阻性能

4.3 本章小结

结论与展望

参考文献

附录A 攻读学位期间发表的论文

致谢