排氣歧管三分支可壓縮流一維邊界模型的研究.pdf

1、精確計(jì)算進(jìn)排氣系統(tǒng)流動特性，一直是內(nèi)燃機(jī)增壓技術(shù)研究的一個(gè)重要研究領(lǐng)域。其中，三分支接頭作為內(nèi)燃機(jī)仿真計(jì)算一維非定常流動模型在進(jìn)排氣系統(tǒng)中的一種重要邊界，對排氣歧管流動的計(jì)算精度有著重要的影響。然而，近年來隨著增壓壓力的不斷提高，排氣流速增大而使得氣體壓縮性的影響不可忽略，但由于現(xiàn)有研究中仍沒有一套對可壓縮流普遍適用且較為精確的分支接頭邊界模型和試驗(yàn)數(shù)據(jù)，使得管系流動的計(jì)算精度都較低。鑒于此，本文開展了三分支接頭可壓縮流壓力損失規(guī)律的研

2、究，并在此基礎(chǔ)上建立了適用于可壓縮流動的分支接頭邊界模型。
　　為了探索三分支接頭可壓縮流壓力損失規(guī)律，首先設(shè)計(jì)搭建了分支接頭可壓縮定常流試驗(yàn)臺架，對三分支在部分流型（匯合流流型6和分散流流型2）下的流動進(jìn)行了試驗(yàn)測試，得到了流動過程中的熱力參數(shù)。試驗(yàn)結(jié)果表明，流型6時(shí)，兩流入端的靜壓幾乎相等；當(dāng)其他參數(shù)一定時(shí)，流體的壓縮性對總壓損失系數(shù)不可忽略，且當(dāng)馬赫數(shù)大于0.3時(shí)，總壓損失系數(shù)逐漸增大。分散流流型2時(shí)，在0-0.3和0.8-

3、1區(qū)間的流量比工況下，靜壓損失系數(shù)基本保持不變，而兩流徑的總壓損失系數(shù)隨氣流馬赫數(shù)的變化呈現(xiàn)相反的趨勢。
　　為了分析分支接頭可壓縮流動特性和奠定分支接頭理論模型研究的基礎(chǔ)，對典型工況下的流動開展了分支接頭可壓縮流動流場的PIV測試研究。測試結(jié)果表明，隨著流量比的增大，低渦量渦帶的區(qū)域減?。辉诜种Ы宇^內(nèi)的大部分區(qū)域，氣流的渦量為零，表明了無旋流假定對與分支接頭可壓縮流的適用性。流型6時(shí)，接頭內(nèi)流場存在明顯的流線收縮，兩股匯合氣流間

4、形成了明顯的分界流線。速度沿流線逐漸增大，且馬赫數(shù)越大，速度梯度越大，但氣流馬赫數(shù)對兩股匯合氣流的分界流線的位置幾乎無影響。測試結(jié)果表明了分界流線法假定的合理性，且對于可壓縮流仍適用。
　　依據(jù)定常流試驗(yàn)和流場測試數(shù)據(jù)，校核建立了分支接頭可壓縮流動的三維計(jì)算模型，并以此模型開展了不同流型下分支接頭流動特征與壓力損失關(guān)系的計(jì)算研究。研究結(jié)果顯示，分支接頭結(jié)構(gòu)參數(shù)和流動參數(shù)對可壓縮流動特性和壓力損失存在影響。流型6時(shí)，流動中總壓損失系

5、數(shù)隨分支夾角的增大而逐漸增大。其中，角度大于60°時(shí)，壓力損失顯著增加，且直角 T型時(shí)，壓力損失系數(shù)最大；分散流流型2時(shí)，流動中總壓損失系數(shù)隨總管與支管面積比的增大而逐漸增大；流型1時(shí)，氣流的總壓損失系數(shù)與靜壓損失系數(shù)與流量比均呈現(xiàn)單調(diào)的變化關(guān)系；流型4、5和3時(shí)，馬赫數(shù)對靜壓損失系數(shù)的影響可忽略，但在總壓損失系數(shù)上表現(xiàn)為不同數(shù)值的差異；對于溫差較大的氣流混合，總壓損失系數(shù)不僅與總管馬赫數(shù)有關(guān)，還與支管馬赫數(shù)存在關(guān)系。
　　針對現(xiàn)

6、有分支接頭邊界模型的特點(diǎn)和局限性，同時(shí)基于試驗(yàn)和仿真研究結(jié)果，在進(jìn)行理論假定和引入待定系數(shù)前提下，提出了三種適用于可壓縮流動的分支接頭理論模型，分別是基于孔口出流方程的流量系數(shù)模型、基于接頭控制體方程的動量式模型以及基于小擾動二維亞音速理論的壓力系數(shù)模型。此外，針對三分支接頭可壓縮流動，通過理論假設(shè)和公式推導(dǎo)，得出了6種流型下的壓力損失系數(shù)關(guān)于各個(gè)影響參數(shù)的無量綱一般表達(dá)式。最后，利用試驗(yàn)測試和仿真計(jì)算的研究成果，驗(yàn)證修正了理論假定，繼