基于耦合分析法的涡轮增压器浮动轴承体性能仿真研究

摘要

现代汽车行业中，涡轮增压技术的使用越来越广泛，且随着增压技术不断发展，涡轮增压器各零部件的工作环境也越来越恶劣，涡轮增压器浮动轴承体的冷却性能和受力情况很大程度上决定了涡轮增压器的可靠性和使用寿命。由于传统的涡轮增压器冷却系统设计往往以经验设计为主，带有很大的盲目性。
　　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，以某发动机搭载的涡轮增压器为研究对象，基于涡轮增压器浮动轴承体传热机理，应用流固耦合方法对轴承体冷却性能进行了数值仿真研究和强度分析并进行了实验验证，论文主要研究工作和创新之处如下:
　　(1)建立了涡轮增压器浮动轴承体的流固耦合数值仿真模型，并通过采用顺序耦合法的求解策略、串行耦合的方法进行了流固耦合稳态的数值模拟计算，揭示了浮动轴承体的温度场分布及其冷却性能变化规律。
　　(2)综合考虑浮动轴承体温度场和机油对轴承座冲击所造成的表面压力的影响，研究分析了轴承体的强度以及浮动轴承座的主要失效方式，并采取增加浮动轴承座内壁面厚度对轴承体性能提升进行了改进设计，取得了较好的效果。
　　(3)将采用涡轮增压器试验台架所测定的浮动轴承体测温点作为轴承体流固耦合仿真计算的传热边界条件，实验结果较好地验证了仿真计算结果的准确性和有效性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 流固耦合理论概述

1．3 发动机增压技术概况

1．3．1 增压技术分类

1．3．2 涡轮增压技术发展历程

1．3．3 涡轮增压器研究现状

1．4 本文研究的主要内容

第2章 浮动轴承体仿真理论基础和冷却性能分析

2．1 浮动轴承体仿真理论基础

2．1．1 流体动力学数学模型

2．1．2 浮动轴承体热传导

2．1．3 耦合分析边界的共轭传热

2．1．4 湍流模型与壁面函数

2．1．5 数值传热的计算方法和求解策略

2．2 涡轮增压器浮动轴承体冷却性能分析

2．2．1 模型的建立

2．2．2 耦合计算

2．2．3 计算结果分析

2．3 本章小结

第3章 涡轮增压器浮动轴承体强度分析及优选

3．1 涡轮增压器浮动轴承体热应力分析

3．2 涡轮增压器浮动轴体轴承座等效应力分析及优选

3．2．1 涡轮增压器浮动轴体轴承座等效应力分析

3．2．2 轴承座失效方式

3．2．3 浮动轴承体轴承座优选分析

3．3 本章小结

第4章 涡轮增压器浮动轴承体温度试验研究

4．1 涡轮增压器试验系统

4．1．1 涡轮增压器浮动轴承体试验台的基本原理

4．1．2 涡轮增压器试验台的测控方案

4．2 涡轮增压器浮动轴承体传热边界试验

4．2．1 涡轮增压器浮动轴承体温度测点布置

4．2．2 涡轮增压器浮动轴承体试验结果分析

4．3 本章小结

第5章 结论与展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间发表的论文