船用廢氣渦輪增壓器壓氣機(jī)流場(chǎng)及氣動(dòng)噪聲數(shù)值仿真研究.pdf

1、離心壓氣機(jī)廣泛應(yīng)用于交通運(yùn)輸、發(fā)電等行業(yè)，是車(chē)輛、船舶發(fā)動(dòng)機(jī)配套渦輪增壓器的重要組件。已被公認(rèn)為是提高內(nèi)燃機(jī)性能，減少排放的有效設(shè)備。由于排放法規(guī)日益嚴(yán)格，內(nèi)燃機(jī)尺寸不斷減小，加上廢氣再循環(huán)的需要，導(dǎo)致壓氣機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)效率低下，提高壓氣機(jī)工作性能勢(shì)在必行。同時(shí)，伴隨著柴油機(jī)輸出功率的增加，壓氣機(jī)轉(zhuǎn)速的上升，增壓器的氣動(dòng)噪聲問(wèn)題已成為不可忽視、亟需解決的重要課題。為了能夠研究改進(jìn)壓氣機(jī)氣動(dòng)效率，降低由其產(chǎn)生的氣動(dòng)噪聲，提高船員居住的舒適性，壓氣

2、機(jī)氣動(dòng)性能的分析及優(yōu)化對(duì)研究增壓器噪聲產(chǎn)生機(jī)理和控制方法具有極為重要的意義。本課題在分析國(guó)內(nèi)外對(duì)渦輪增壓器壓氣機(jī)流場(chǎng)及噪聲場(chǎng)研究的基礎(chǔ)上，以某型號(hào)船用壓氣機(jī)為研究對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行了三維全流場(chǎng)數(shù)值研究分析以及氣動(dòng)噪聲的仿真預(yù)測(cè)。最后結(jié)合已有數(shù)據(jù)，有針對(duì)性的進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高氣動(dòng)性能降低噪聲。
　　首先，本文借助CFD分析軟件FLUENT并結(jié)合增壓器實(shí)驗(yàn)臺(tái)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，在已建立的有限元模型基礎(chǔ)上，對(duì)壓氣機(jī)內(nèi)部氣體進(jìn)行三維穩(wěn)態(tài)、粘性可壓縮

3、的數(shù)值研究，分析了不同工況下(24300r/min,25800 r/min,26880 r/min,28200 r/min,29100 r/min)內(nèi)部流場(chǎng)特征，壓氣機(jī)的壓比和效率隨流量的變化關(guān)系，深入研究了轉(zhuǎn)子區(qū)域、擴(kuò)壓區(qū)域和蝸殼內(nèi)的氣體流動(dòng)速度與壓力的分布、形成過(guò)程及相互影響。
　　其次，壓氣機(jī)氣動(dòng)聲場(chǎng)的分析則是采用不同的聲場(chǎng)分析法——聲類(lèi)比法(AAA)及寬帶噪聲法，系統(tǒng)研究整個(gè)壓氣機(jī)的噪聲產(chǎn)生機(jī)理及分布特征。寬帶噪聲法則是在

4、穩(wěn)態(tài)流場(chǎng)分析基礎(chǔ)上對(duì)多個(gè)工況的寬帶噪聲源進(jìn)行數(shù)值化模擬，研究寬帶噪聲源的分布特征及形成機(jī)理。聲類(lèi)比法主要基于非穩(wěn)態(tài)流場(chǎng)分析，深入研究了不同轉(zhuǎn)速、流量對(duì)壓氣機(jī)內(nèi)設(shè)置的不同觀測(cè)點(diǎn)處離散噪聲頻譜的影響，并將數(shù)值模擬結(jié)果與經(jīng)驗(yàn)公式的計(jì)算值進(jìn)行比較分析。
　　再次，壓氣機(jī)的氣動(dòng)性能及噪聲特性的優(yōu)化設(shè)計(jì)則是在前述研究結(jié)果的基礎(chǔ)上有針對(duì)的進(jìn)行的。主要以有葉擴(kuò)壓器的結(jié)構(gòu)改進(jìn)為主，自主設(shè)計(jì)了不同的研究分析方案。分析了擴(kuò)壓器葉片前緣半徑與入口角度對(duì)擴(kuò)