涡轮增压器压气机流场分析与气动轴向作用力仿真研究

摘要

压气机是车用涡轮增压器最重要的零部件之一，它的流场非常复杂。目前，人们还没有能够完全了解压气机的流场结构与相关流动机理，有关压气机的流场分析仍然是当下研究的重点和难点。而压气机受到的气动轴向作用力，则是涡轮增压器设计和校核止推轴承时非常重要的一个参数。所以，本文对涡轮增压器压气机的流场与气动轴向力进行了研究，分析了数值计算方法的可靠性和影响气动轴向作用力大小的因素以及这些因素对压气机内部流场的影响。
　　本文以某涡轮增压器的离心压气机为研究对象，在参考国内外相关文献资料的情况下，结合压气机的结构建立起压气机的三维立体模型。模拟不同工况下发动机工作时涡轮增压器的压气机的实际流通特性并观察记录，可得出压气机内部流场与转子轴向力的分布情况以及随工况的变化规律。
　　本文的研究结果表明，在转速较低的时候，压气机的流动状态比较良好，而随着转速的增加，气体的流动状态变差，低压区范围扩大，出现明显的漩涡，气体不能充分地流动发展。密封环径向间隙尺寸对压气机的流场分布没有太大影响。叶顶间隙尺寸过小会导致叶顶区域流动紊乱，此区域的流动损失最大，产生最大的熵增。轴向力数值随着叶顶间隙的减小而增大，随着密封环间隙径向尺寸的减小而增大，随着转速增大而增大。

目录

声明

摘要

1．1 研究背景及意义

1．2 涡轮增压器的发展历史

1．2．1 压气机的国内外现状

1．2．2 轴向力计算的国内外现状及发展趋势

1．2．3 压气机间隙的国内外现状及发展趋势

1．3 本文主要研究目的和内容

2．1 计算流体力学简介

2．2 数值求解方法介绍

2．3 流体流动的控制模型

2．3．1 质量守恒方程

2．3．2 动量守恒方程

2．3．3 能量守恒方程

2．4 湍流模型

2．5 本章小结

3 涡轮增压器压气机建模与数值计算

3．1 压气机模型的建立

3．2 计算网格的划分

3．2．1 网格生成方法简介

3．2．2 确定计算域

3．2．3 划分计算网格

3．2．4 网格质量判断

3．3 边界条件设置

3．4 计算结果与分析

3．5 考虑轮背间隙的压气机模型

3．6 本章小结

4 压气机流场分析

4．1 压气机整体性能分析

4．1．1 叶轮流场分析

4．1．2 无叶扩压器流场分析

4．1．3 蜗壳流场分析

4．1．4 轮背间隙流场分析

4．2 叶顶间隙对压气机流场的影响

4．3 转速对压气机流场的影响

4．4 密封环径向间隙对压气机流场的影响

4．5 本章小结

5 压气机气动轴向作用力仿真研究

5．1 压气机气动轴向作用力计算方法

5．1．1 压气机气动轴向作用力传统计算方法

5．1．2 压气机气动轴向作用力数值计算方法

5．2 轴向力数据分析

5．2．1 转速对压气机轴向力的影响

5．2．2 叶顶间隙对压气机轴向作用力的影响

5．2．3 密封环径向间隙对压气机轴向作用力的影晌

5．3 本章小结

6．1 全文结论

6．2 研究展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢