涡轮在脉冲进气条件下非稳态特性的数值模拟

摘要

随着排放法规的日益严格及能源危机的加剧，涡轮增压成为车用发动机节能减排的关键技术。目前脉冲增压系统应用比较广泛。涡轮的设计、计算及与发动机的匹配都是基于稳定流动条件下进行的，实际上在脉冲进气条件下的涡轮中气体的流动是极不稳定的脉动非稳态流动。涡轮非稳态流动下的性能与稳态流动下的性能有很大偏离，为了更好地设计涡轮实现增压器与发动机更准确地匹配，进行涡轮在脉冲进气条件下的非稳态特性研究很有必要。
　　 本文运用Numeca软件通过数值模拟的方法研究了涡轮脉冲进气条件下的非稳态特性。通过AVLBoost软件对研究所用发动机的工作过程进行了数值模拟计算，获取涡轮前和涡轮后的动态参数作为涡轮非稳态特性数值模拟计算的边界条件，并把计算结果与实验结果作比对证明此种方法的可行性。
　　 先对研究工况进行稳态计算以了解涡轮的稳态特性，并把稳态计算结果作为非稳态特性计算的初始解。确定了计算所用到的湍流模型之后进行了涡轮非稳态特性计算得到了在一个脉冲周期内涡轮的流量、等熵效率相对于膨胀比的变化都成“圈状”的典型的涡轮的非稳态特性。提出了一种以单位质量流体微团为研究对象的新的计算涡轮瞬态效率的方法，为了保证取得涡轮进出口的参数是同一流体微团的把计算得到的涡轮出口流体微团参数进行相位平移后重新计算了涡轮瞬态效率。从循环平均的角度分析涡轮的流通和做功能力，提出了一种新的通过流量加权平均求涡轮的循环平均效率的方法，与稳态计算相比，在一个脉冲周期内涡轮的瞬态循环平均流量、循环平均效率都比稳态的低，但是涡轮循环平均单位质量功比稳态的高。选取一个脉冲周期内的6个特征时刻对涡轮进行流场分析，得到的瞬态循环平均单位质量功高但瞬态循环平均流量、瞬态循环平均效率比稳态低的原因。

目录

声明

摘要

主要符号说明

第一章 绪论

1．1 研究的背景及意义

1．2 涡轮在脉冲进气条件下非稳态特性研究进展

1．3 研究主要内容及方法

1．3．1 研究对象

1．3．2 研究主要内容

1．3．3 采用的研究方法和技术路线

1．3．4 研究的创新点

第二章 数值模拟建模

2．1 数学模型

2．1．1 连续方程

2．1．2 动量方程

2．1．3 能量方程

2．2 湍流模型

2．3 控制方程的离散求解

2．4 网格划分

2．4．1 近壁面第一层网格尺度的确定

2．4．2 蜗壳、叶轮网格的划分

2．5 本章小结

第三章 涡轮非稳态计算进口边界条件的确定

3．1 发动机与增压器的匹配计算

3．1．1 发动机基本参数

3．1．2 Boost计算模型

3．2 计算结果及实验验证

3．3 本章小结

第四章 涡轮稳态特性数值模拟计算

4．1 计算建模及设置

4．2 总体性能

4．3 流场分析

4．4 本章小结

第五章 涡轮脉冲进气条件下非稳态特性数值模拟计算

5．1 计算建模及设置

5．2 计算结果分析

5．2．1 涡轮脉冲进气条件下非稳态特性

5．2．2 涡轮非稳态瞬时效率计算方法的探讨

5．2．3 涡轮非稳态循环平均效率的计算方法

5．2．4 流场分析

5．3 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 全文工作总结

6．2 本文工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文及专利

学位论文评阅及答辩情况表