罗茨机械增压器气流脉动及其消减方法的研究

摘要

罗茨机械增压器是应用于汽车发动机进气增压技术的容积式流体机械。它优良的低速扭矩特性、良好的瞬态响应性，使发动机在城市路况中发挥了独特的优势。但罗茨机械增压器工作时存在气流脉动现象，气流脉动使系统出现振动、噪声等问题，严重影响了增压器的工作性能。因此，本文针对罗茨机械增压器的气流脉动及其消减方法进行了研究，主要研究内容如下:
　　(1)分析了罗茨机械增压器的压缩特性，明确了增压器排气口端的高压气体向基元容积内回流均压是造成气流脉动的主要原因。
　　(2)建立了增压器气流脉动的理论计算模型，利用MATLAB语言编程实现了对增压器在不同转子转角下瞬时排气流量的理论预测，对不同压力比下排气流量脉动曲线进行了对比分析，得出了增压器气流脉动的特征规律。
　　(3)借助流体计算软件FLUENT，应用动网格及UDF技术对增压器内部流场进行动态数值模拟，得到了增压器在不同转子转角下瞬时压力分布云图及速度矢量分布图，揭示了气流随转子转动时的流动变化，捕捉到了涡流的发展和变化而引起的小脉动现象。
　　(4)提出了采用逆流冷却技术和渐扩缝隙预进气结构来消减气流脉动的改进措施，并通过理论分析和数值模拟研究，明确了逆流冷却技术为最佳气流脉动消减方案。
　　(5)搭建了罗茨机械增压器气流脉动实验台，并利用LabVIEW开发了实验台的测控系统软件，通过实验验证了逆流冷却技术对增压器气流脉动消减的可行性。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国内外汽车发动机机械增压技术发展历史及研究现状

1．2．2 国内外机械增压器气流脉动的研究现状

1．3 课题来源及研究意义

1．4 本文的主要研究内容

2 罗茨机械增压器气流脉动的理论分析

2．1 罗茨机械增压器压缩特性分析

2．2 气流脉动形成机理分析

2．3 气流脉动理论计算模型的建立与分析

2．3．1 罗茨转子型线的建立

2．3．2 内泄漏模型的建立

2．3．3 理论流量脉动与进气流量脉动计算分析

2．3．4 排气缝隙宽度计算及回流过程分析

2．3．5 排气流量脉动计算分析

2．4 本章小结

3 罗茨机械增压器气流脉动的数值模拟研究

3．1 数学模型和数值计算方法

3．1．1 可压缩气体湍流平均流动的控制方程

3．1．2 湍流模型

3．1．3 壁面函数法

3．1．4 控制方程的离散

3．1．5 动网格技术

3．2 罗茨机械增压器流场分析模型的建立

3．2．1 几何模型

3．2．2 动网格模型设置

3．2．3 初始条件与边界条件的设置

3．3 罗茨机械增压器内部流场数值模拟结果分析

3．3．1 数值模拟排气流量脉动曲线与理论计算结果的对比

3．3．2 基元容积与排气部分相通时的流动分析

3．3．3 脉动最大时的流动分析

3．3．4 排气流量最大时的流动分析

3．3．5 小脉动的流动分析

3．4 本章小结

4 罗茨机械增压器气流脉动消减方法与数值模拟研究

4．1 逆流冷却技术对气流脉动消减的研究

4．1．1 逆流冷却消减气流脉动的理论分析

4．1．2 逆流冷却消减气流脉动的数值模拟分析

4．1．3 逆流冷却消减气流脉动的效果分析

4．2 渐扩缝隙预进气结构对气流脉动消减的研究

4．2．1 渐扩缝隙消减气流脉动的理论分析

4．2．2 渐扩缝隙消减气流脉动的数值模拟分析

4．2．3 渐扩缝隙消减气流脉动的效果分析

4．3 气流脉动最佳消减方法的确定

4．4 本章小结

5 罗茨机械增压器气流脉动实验与分析

5．1 实验目的与内容

5．1．1 实验目的

5．1．2 实验内容

5．2 实验台测控系统方案与实验设备

5．2．1 实验台测控系统方案设计

5．2．2 实验对象

5．2．3 实验硬件构成

5．3 增压器气流脉动实验程序设计及运行

5．3．1 基于LabVIEW的增压器气流脉动实验主程序设计

5．3．2 LabVIEW中对实验数据采集的实现

5．3．3 LabVIEW中利用LabSQL对数据库访问的实现

5．4 实验数据分析

5．4．1 增压器排气口端气流脉动情况分析

5．4．2 改进措施对气流脉动影响的实验及结果分析

5．5 本章小结

6 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 研究展望

参考文献

攻读硕士学位期间主要的研究成果

致谢