雙渦管渦輪機(jī)氣流摻混要素分析及優(yōu)化.pdf

1、廢氣渦輪增壓技術(shù)越來(lái)越多的被現(xiàn)代高效多缸發(fā)動(dòng)機(jī)作為關(guān)鍵技術(shù)所采用。渦輪機(jī)是渦輪增壓器中驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)做功的核心部件，通過(guò)高效的利用發(fā)動(dòng)機(jī)排出的高溫廢氣中的能量來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)空氣或混合器的壓縮，以解決現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)在提升動(dòng)力性和改善扭矩特性時(shí)的進(jìn)氣瓶頸問(wèn)題。雙渦管渦輪機(jī)可以更加有效的利用發(fā)動(dòng)機(jī)排氣中的脈沖能量，以兼顧發(fā)動(dòng)機(jī)中低速和高速工況的運(yùn)行要求。從上世紀(jì)九十年代開(kāi)始，雙渦管渦輪機(jī)及相關(guān)技術(shù)成熟的應(yīng)用于增壓六缸柴油發(fā)動(dòng)機(jī)上，2012年后，該技術(shù)被越來(lái)

2、越多的應(yīng)用于先進(jìn)的增壓汽油發(fā)動(dòng)機(jī)上，很好的滿足了發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)低速扭矩、低速響應(yīng)性和高速功率的需求。雖然已有眾多應(yīng)用，但行業(yè)內(nèi)對(duì)雙渦管渦輪機(jī)的一些摻混損失研究的少，在通過(guò)減少氣體摻混損失、控制和約束氣體膨脹過(guò)程，來(lái)提升雙渦管渦輪機(jī)效率方面，急需開(kāi)展相關(guān)工作。
　　本文基于日常工作中發(fā)現(xiàn)的雙渦管渦輪機(jī)存在的摻混問(wèn)題，借助CFD專(zhuān)業(yè)軟件NUMECA，對(duì)雙渦管渦輪機(jī)進(jìn)行建模和數(shù)值模擬，著重分析雙渦管渦輪機(jī)喉口、廢氣旁通、渦輪出口等位置的摻混流

3、動(dòng)特性。首先，對(duì)雙渦管渦輪機(jī)喉口位置的摻混過(guò)程進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)該位置的摻混不僅會(huì)影響增壓器渦輪機(jī)的效率，因?yàn)闇u輪機(jī)脈沖能量的存在，也會(huì)對(duì)渦輪產(chǎn)生額外的激勵(lì)，導(dǎo)致高頻噪音問(wèn)題的出現(xiàn);然后，對(duì)雙渦管渦輪機(jī)廢氣旁通的氣體與渦輪后的氣體摻混過(guò)程進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)相對(duì)于渦輪出口的乏氣，通過(guò)渦輪機(jī)旁通的高壓、高溫廢氣會(huì)對(duì)渦輪的做功能力產(chǎn)生負(fù)面影響，影響渦輪機(jī)效率;最后，對(duì)于渦輪出口的乏氣的自由膨脹與約束膨脹進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)渦輪后乏氣自由膨脹會(huì)因?yàn)闅怏w

4、流速的迅速下降，導(dǎo)致渦輪出口部分的壓力提升，不利于渦輪機(jī)做功，影響渦輪機(jī)效率。
　　本文結(jié)合上述雙渦管渦輪機(jī)摻混損失模型及各部分的分析結(jié)果，創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)了雙渦管渦輪機(jī)前后置喉口結(jié)構(gòu)，通過(guò)該結(jié)構(gòu)減少了喉口位置的氣流摻混，解決了渦輪機(jī)高頻氣動(dòng)噪音問(wèn)題，通過(guò)實(shí)際測(cè)試，渦輪機(jī)最高效率提升了6％以上;針對(duì)廢氣旁通的氣動(dòng)摻混，設(shè)計(jì)了廢氣旁通摻混導(dǎo)流結(jié)構(gòu)，通過(guò)新結(jié)構(gòu)約束旁通廢氣摻混進(jìn)入的位置和方向，減少了廢氣旁通過(guò)程對(duì)渦輪機(jī)的影響，通過(guò)實(shí)際測(cè)試

5、，渦輪機(jī)最高效率提升了2％;針對(duì)渦輪機(jī)出口乏氣的自由膨脹過(guò)程，設(shè)計(jì)了膨脹氣體約束裝置，通過(guò)約束渦輪后乏氣的膨脹過(guò)程，改善了渦輪機(jī)的做功能力和效率，通過(guò)實(shí)際測(cè)試，渦輪機(jī)最高效率提升了1％。
　　本文通過(guò)對(duì)雙渦管渦輪機(jī)摻混要素的分析與優(yōu)化，從減少摻混損失的角度，找到了提升雙渦管渦輪機(jī)效率的方案并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。新設(shè)計(jì)的雙渦管渦輪機(jī)防摻混的結(jié)構(gòu)易于集成和產(chǎn)業(yè)化，成本與原有渦輪機(jī)結(jié)構(gòu)近似，核心技術(shù)已經(jīng)申請(qǐng)專(zhuān)利，并在國(guó)內(nèi)主流發(fā)動(dòng)機(jī)企業(yè)獲得應(yīng)