車用渦輪增壓器渦輪流場分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化.pdf

1、可變幾何渦輪增壓器能夠解決傳統(tǒng)增壓器的穩(wěn)定工況范圍窄、低速扭矩不足、瞬態(tài)響應(yīng)性差等嚴(yán)重問題。為了使得增壓器能夠與發(fā)動機(jī)的配合到達(dá)最佳狀態(tài)，發(fā)展了可變幾何技術(shù)。發(fā)動機(jī)的變負(fù)載情況頻繁，導(dǎo)致渦輪增壓器處于變工況下運(yùn)行，從而導(dǎo)致渦輪總體性能變化范圍廣，形成渦輪級內(nèi)部復(fù)雜的流動情況。因此，對變工況下渦輪級內(nèi)流場進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)上對渦輪結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，對于控制渦輪內(nèi)部流動損失，以及提升渦輪效率具有一定的工程實用價值。本研究課題兼顧現(xiàn)有研究條件和研

2、究目的，圍繞可變幾何渦輪增壓器渦輪級的內(nèi)流場分析及氣動優(yōu)化等方面展開。其主要研究工作如下：
　　用非接觸式結(jié)構(gòu)光掃描儀和二維輪廓儀來獲取渦輪級彎扭型渦輪葉片的點(diǎn)云數(shù)據(jù)和噴嘴環(huán)的幾何數(shù)據(jù)，并借助 UG/Imageware逆向造型技術(shù)平臺及三維建模軟件 Pro/E建立精確的渦輪級三維模型。在此基礎(chǔ)上，通過結(jié)構(gòu)化分塊網(wǎng)格劃分技術(shù)建立計算模型，并對計算模型進(jìn)行網(wǎng)格無關(guān)性驗證。
　　通過NUMECA數(shù)值計算平臺對已驗證的低、中、高速工

3、況下渦輪計算模型進(jìn)行內(nèi)部流場求解和細(xì)致剖析，探明渦輪級內(nèi)部流動損失情況，為渦輪級內(nèi)部流動情況的改善提供流場參考。研究發(fā)現(xiàn)：噴嘴環(huán)及渦輪的成型方式導(dǎo)致變工況下渦輪葉片及噴嘴環(huán)葉片前、尾緣處形成了局部流動損失；渦輪通道內(nèi)部流動損失的主要成分是因二次流引起的各種渦系的生成和發(fā)展；并且發(fā)現(xiàn)造成各工況下流動損失的渦系結(jié)構(gòu)影響范圍和強(qiáng)度各不相同，低速工況下的渦輪通道內(nèi)通道渦的強(qiáng)度較高速工況下大，這也是導(dǎo)致低速工況下渦輪效率偏低的主要流動狀況的主要原

4、因；噴嘴環(huán)高速葉片斜切口流道內(nèi)流動情況復(fù)雜使得渦輪處于高速工況下流動損失大。渦輪級內(nèi)部的流動情況復(fù)雜，該研究對如何降低渦輪通道內(nèi)的流動損失，改善渦輪的整體性能有重要意義。
　　本文將渦輪效率設(shè)為優(yōu)化目標(biāo)，運(yùn)用均勻試驗方法對其結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)進(jìn)行優(yōu)選，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改良，優(yōu)化后使得其效率得到提升，其內(nèi)部流動情況得到改善。通過優(yōu)化前、后的渦輪流場進(jìn)行比對，表明通道渦、泄露渦影響范圍被抑制是渦輪效率提升的本質(zhì)流動特征。為渦輪增壓器的開發(fā)、應(yīng)用