舌形挡板变截面涡轮增压器蜗壳内流场的研究

论文摘要

随着各国对环境保护力度的加大,节能排放成为发动机产业的目标。涡轮增压器在提高发动机功率、降低油耗和减少排放方面有不可替代的作用。由于涡轮增压器蜗壳内结构复杂,采用实验手段获取蜗壳内流场的相关数据需要花费大量的时间和人力,因此选用数值模拟的方法对涡轮增压器蜗壳内的流场进行仿真和结果分析就显得比较经济。通过对文献的查阅,本文对不同涡轮增压器进行了性能的比较,概述了研究对象舌形挡板变截面涡轮增压器的特点,分析了影响蜗壳内流动的各项流动参数。涡轮增压器蜗壳内的流场的类型是三维可压缩粘性湍流,因此选用工程上较为常用的k-ε双方程作为数学模型,迭代计算选用SIMPLE算法。本文选用的网格划分和数值模拟软件分别为ICEM-CFD和STAR-CD。运用ICEM-CFD对蜗壳内流场进行了结构化网格、非结构化网格和混合型网格三种形式的网格划分,通过网格质量的对比,选用混合型网格进行数值模拟。STAR-CD是以有限体积法为核心计算的后处理软件,而有限体积法适用于任意形状的网格单元,因此数值模拟采用STAR-CD软件。在确定初值、边界条件后,对舌形挡板变截面涡轮增压器蜗壳内流场的进行了数值模拟,得到了不同挡板开度时流场的速度和压力分布状况。计算结果表明:挡板开度处于5°15°,加速效果较好,且动能损失少,燃料的使用率得到了提高;当开度达到20°25°,出口速度继续增大,但其分布变的很不均匀,这导致了涡轮效率的下降。因此在发动机加速过程中,涡轮增压器应选择合适的挡板开度。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 涡轮增压器的研究现状
• 1.1.1 涡轮增压器技术的发展
• 1.1.2 涡轮增压器的分类
• 1.1.3 涡轮增压器的研究方法
• 1.2 计算流体力学技术的应用
• 1.2.1 计算流体力学技术的发展
• 1.2.2 论文采用的CFD 软件
• 1.3 论文研究的目的、意义及主要内容
• 1.3.1 论文研究的目的及意义
• 1.3.2 论文研究的主要内容
• 第2章 舌形挡板变截面涡轮增压器蜗壳内流场的基本方程
• 2.1 蜗壳内的流动分析
• 2.2 蜗壳内流动的控制方程
• 2.2.1 质量守恒方程
• 2.2.2 动量守恒方程
• 2.2.3 能量守恒方程
• 2.3 蜗壳内流场的湍流模型
• 2.3.1 雷诺应力模型
• 2.3.2 涡粘性模型
• 2.3.3 壁面函数法
• 2.4 控制方程的离散方法
• 2.5 SIMPLE 算法
• 2.6 本章小结
• 第3章 变截面涡轮增压器蜗壳内流场的几何建模和网格生成
• 3.1 蜗壳内流场的几何建模
• 3.2 网格生成技术
• 3.2.1 结构化网格及其在蜗壳内流道的网格划分
• 3.2.2 非结构化网格及其在蜗壳内流道的应用
• 3.2.3 混合型网格及其在蜗壳内流道的应用
• 3.3 网格质量的比较
• 3.4 各种网格类型模拟结果的比较
• 3.5 本章小结
• 第4章 舌形挡板变截面涡轮增压器蜗壳内流场的数值模拟
• 4.1 舌形挡板变截面涡轮增压器的几何模型
• 4.2 舌形挡板变截面涡轮增压器的网格模型
• 4.3 数学模型
• 4.4 边界条件
• 4.5 舌形挡板对蜗壳内流流场的影响
• 4.6 挡板开度变化对流场的影响
• 4.6.1 挡板开度对流场速度的影响
• 4.6.2 挡板开度对流场压力的影响
• 4.6.3 挡板下低速区的变化
• 4.7 挡板长度变化对流场的影响
• 4.8 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 主要结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间主要科研成果