多载荷作用下涡轮增压器涡轮的性能仿真研究

摘要

随着发动机动力性能和经济性能的要求不断提高以及排放法规的日渐严格，涡轮增压器的使用范围逐渐扩大。涡轮作为涡轮增压器的重要组成部分，长期与高温高压高速的气体直接接触，承受离心载荷、气动载荷和温度载荷的影响，工作环境十分恶劣，载荷作用势必会给涡轮叶片造成一定的冲击和损坏，涡轮的可靠性工作是涡轮增压器有效发挥其功能的基础，因此对涡轮的强度进行分析是十分必要的。
　　在以往的研究中，对涡轮的强度分析往往只考虑了单一载荷的影响，而在实际情况下，涡轮同时受多种载荷作用，高温下高速旋转的同时承受着气体的直接冲击，因此本文综合考虑了三种载荷作用，更加切合实际情况。本课题以湖南省自科基金（10JJ6080）、汽车车身先进设计制造国家重点实验室自主课题（61075002）为依托,以某型号发动机的涡轮增压器为研究对象，忽略叶片变形给流场带来的影响，基于流固耦合分析方法对涡轮进行强度分析，建立流场分析模型以及耦合交界面模型，利用流体分析软件STAR-CCM+和有限元分析软件ABAQUS对涡轮流场区域进行稳态计算，得到流场的压力和温度分布情况，并将压力和温度以载荷的形式加载到涡轮叶片上，并对涡轮内部进行温度场的计算。最后分别考虑离心载荷、气动载荷以及温度载荷单一作用时涡轮应力的变化情况，得到涡轮各个区域的应力分布状态，对比分析三种载荷共同作用下涡轮的应力分布情况，并找出危险应力区域，对涡轮结构可靠性工作以及设计开发具有可信的指导意义。

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第1章 绪论

1.1 选题背景及意义

1.2 发动机增压技术概况

1.3 涡轮增压器的研究现状

1.4 研究方法

1.5 本文研究的主要内容

第2章 基础理论

2.1 流体运动的控制方程

2.2 固体控制方程

2.3 湍流模型

2.4 叶轮强度分析基本理论

2. 5 本章小结

第3章 涡轮增压器涡轮的流场分析

3.1 几何模型的建立

3.2 网格的划分

3.3 流场计算与分析

3.4 本章小结

第4章 多载荷对涡轮应力的影响

4.1 离心载荷的作用

4.2 气动载荷作用

4.3 热载荷作用

4.4 三种载荷共同作用

4.5 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 全文总结

5.1 展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间从事的课题