发动机不同工况下涡轮增压器轴向气动作用力形成机制研究

摘要

涡轮增压器已经成为燃油车辆的一项核心技术。气动力是影响涡轮增压器稳定性、效率、可靠性的重要影响因素之一，其形成机制是目前涡轮增压器研究领域的重点和难点。本文研究涡轮增压器的内部流动机理以及发动机不同工况对涡轮增压器气动力的影响。 本文采用GT-power建立某发动机一维模型，通过仿真获得发动机稳态与非稳态不同工况下的涡轮增压器进出口参数。以该参数作为三维计算边界条件，通过CFX进行涡轮增压器三维流动数值仿真，对增压器内部流动与气动力进行研究，得到如下规律： 由于涡旋的产生抑制了哥氏力的作用，导致非稳态条件下压气机叶片压力分布与稳态条件下不同；通过分析子午面流线发现，涡旋强度只在径向方向存在变化；稳态条件下机匣极限流线在叶片顶端有再附线；非稳态时机匣极限流线有明显的分界线，高负荷时入口处存在反向旋转流。在不同工况下，稳态计算得到的涡轮内部压力分布与非稳态时分布差异不大。 涡轮增压器轴向力主要由轮背力、叶片力、轮毂力组成。由于涡旋的产生抑制了哥氏力的作用，非稳态条件下得到的叶片力在数值和变化趋势上，均与稳态条件的叶片力存在较大差异。非稳态条件下，叶片轴向压力不平衡导致叶片力的变化趋势出现波动；轮背力的变化主要受到间隙泄漏流量的影响，在非稳态条件下转速和负荷对泄漏流量影响比稳态条件下更大。轮毂的轴向力在稳态和非稳态两种条件下变化一致；轴向合力在稳态与非稳态条件下存在差异，其中轮背力的变化是轴向力合力存在差异的主导因素。

目录

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第一章 绪论

1.1引言

1.2涡轮增压器技术

1.2.1涡轮增压器的优势

1.2.2涡轮增压器的主要失效形式

1.2.3涡轮增压器的发展

1.2.4涡轮增压器非稳态研究现状

1.3本文中主要进行的研究工作

第二章 数值计算理论基础

2.1引言

2.2 流体动力学控制方程

2.2.1连续方程

2.2.2动量方程

2.2.3能量守恒方程

2.3湍流模型

2.4控制方程离散化方法

2.4.1有限差分法

2.4.2有限元法

2.4.3有限体积法

2.5 本章小结

第三章 仿真模型的建立及验证

3.1引言

3.2一维稳态模型的建立

3.2.1喷油器模型

3.2.2气缸模型

3.2.3涡轮增压器

3.2.4稳态模型的建立

3.3一维模型正确性验证

3.4非稳态计算模型

3.5三维模型的建立

3.5.1涡轮增压器三维计算网格

3.5.2三维计算边界条件

3.5.3三维模型正确性验证

3.6本章小节

第四章 不同工况下涡轮增压器的流场分析

4.1引言

4.2叶片压力

4.2.1压气机叶片压力分布

4.2.2涡轮叶片压力分布

4.3涡轮增压器子午面流线分布

4.3.1压气机子午面流线

4.3.2涡轮子午面流线

4.4机匣极限流线

4.4.1压气机机匣极限流线

4.4.2涡轮机匣极限流线

4.5本章小结

第五章 涡轮增压器的轴向气动力研究

5.1引言

5.2轮背轴向力

5.2.1压气机轮背轴向力

5.2.2涡轮轮背轴向力

5.3叶片轴向力

5.3.1压气机叶片轴向力

5.3.2涡轮叶片轴向力

5.4轮毂轴向力

5.4.1压气机轮毂轴向力

5.4.2涡轮轮毂轴向力

5.5轴向力合力

5.6本章小结

第六章 结论与展望

6.1全文总结

6.2研究展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及所获得的研究成果

致谢