可變噴嘴渦輪增壓器渦輪端內(nèi)流場特性分析.pdf

1、隨著國內(nèi)外能源問題的嚴(yán)峻以及對(duì)環(huán)保問題的重視，車輛使用發(fā)動(dòng)機(jī)增壓技術(shù)降低油耗、減少排放污染成為節(jié)能減排的主要形式之一，而常規(guī)的車用渦輪增壓器噴嘴口的流體流通截面積固定不變，導(dǎo)致車輛發(fā)動(dòng)機(jī)在匹配渦輪增壓器時(shí)，僅僅按照最佳匹配點(diǎn)來進(jìn)行渦輪規(guī)格的選擇，不能滿足車輛全工況行駛的增壓要求?？勺儑娮鞙u輪增壓器是在常規(guī)渦輪增壓器的基礎(chǔ)上改進(jìn)了渦輪殼噴嘴處的結(jié)構(gòu)而來的，其可變的噴嘴口流體流通截面積可以改善常規(guī)渦輪增壓器低轉(zhuǎn)速扭矩不足、加速時(shí)響應(yīng)滯后、低

2、油耗工作區(qū)域窄的缺陷，滿足車輛全工況行駛的增壓要求。針對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械CFD方面大量的研究表明，可變噴嘴渦輪增壓器渦輪端內(nèi)部速度場、壓強(qiáng)場、溫度場的分布對(duì)增壓器工作性能和增壓效率有重要的影響，設(shè)計(jì)合理的渦輪增壓器氣體流動(dòng)均勻，流動(dòng)損失小，旋流、回流、湍流現(xiàn)象少，而實(shí)驗(yàn)方法研究增壓器內(nèi)部流場需要較大成本并且對(duì)于實(shí)驗(yàn)結(jié)果的提取難度較大，因此采用CFD方法研究可變噴嘴渦輪增壓器渦輪端內(nèi)流場對(duì)進(jìn)一步的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)具有重要意義。
　　本文著重研究

3、新型可變噴嘴渦輪增壓器渦輪端穩(wěn)態(tài)流場。首先針對(duì)一臺(tái)四缸柴油機(jī)的技術(shù)參數(shù)，匹配設(shè)計(jì)了一款可變噴嘴渦輪增壓器，并利用Creo軟件進(jìn)行了三維建模。通過研究渦輪端內(nèi)流場計(jì)算的流動(dòng)模型，控制方程，湍流模型等基本理論，確定了其內(nèi)流場的理論研究方法，并建立了內(nèi)流場計(jì)算的幾何模型。為了得到流場計(jì)算的邊界條件，利用軟件AV-BOOST對(duì)可變噴嘴渦輪增壓器在柴油機(jī)的低轉(zhuǎn)速點(diǎn)(1000rpm)、最大扭矩點(diǎn)(2500rpm)、標(biāo)定轉(zhuǎn)速點(diǎn)(4000rpm)三個(gè)工

4、況下渦輪端的渦前渦后流體流速、溫度、壓強(qiáng)等數(shù)據(jù)進(jìn)行了計(jì)算，將提取出的計(jì)算結(jié)果作為渦輪端內(nèi)流場仿真分析的邊界條件。利用流體仿真分析軟件Fluent對(duì)柴油機(jī)三種工況下對(duì)應(yīng)的不同開度的導(dǎo)流葉片(30％、60%、100%)時(shí)的幾何模型結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分析其三種情況下可變噴嘴渦輪增壓器渦輪端內(nèi)流場的分布特性。
　　流場仿真分析結(jié)果顯示，整個(gè)流場區(qū)域流體流動(dòng)均勻，在柴油機(jī)低轉(zhuǎn)速(1000rpm)工況下，流體在經(jīng)過導(dǎo)流葉片流場域前后，其流速提高非常明

5、顯，導(dǎo)流葉片對(duì)于柴油機(jī)低轉(zhuǎn)速工況下提高發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性有很明顯的作用；在渦輪端進(jìn)口處到蝸舌截面之間，流體的速度值和溫度值在殼體近壁面處有較大的降低，殼體壁面對(duì)氣體的吸附性較嚴(yán)重，這與殼體材料種類以及材料表面加工制造的光滑度有很大關(guān)系；在導(dǎo)流葉片頭部的流場域仍然存在小范圍旋流，廢氣流體有較小的能量損失，這與氣動(dòng)型導(dǎo)流葉片良好的導(dǎo)流性能有關(guān)，并且說明為了進(jìn)一步降低流體的能量損失，導(dǎo)流葉片的頭部葉型仍然有優(yōu)化改進(jìn)的空間。本文為可變噴嘴渦輪增壓器的