车用涡轮增压器气动声学计算及分析研究

论文摘要

涡轮增压器是一种广泛应用于各类车辆动力系统中的重要部件,是发动机系统的重要组成部分。根据国内外学者的研究成果表明,装有增压型发动机的汽车(特别是重型载货汽车)在进行车外加速噪声测试时,噪声往往超过国家标准几个分贝。为了降低增压型发动机汽车的车外加速噪声、减少环境污染、改善乘员的乘坐舒适性,对涡轮增压器噪声产生机理和控制方法进行研究是十分必需的,且具有极为重要的意义。本文以湖南天雁机械有限责任公司生产的某型号涡轮增压器为研究对象,首先根据声强测量技术的基本理论及方法,制定了整机表面辐射噪声测试方案,并对研究对象进行表面噪声源识别。依据实验结果对该涡轮增压器的表面噪声辐射情况进行分析,用声强云图得到整机的噪声分布情况,识别出主要噪声部件。接下来介绍了湍流模型的分类及湍流流场数值模拟计算的方法。选择数值方法和控制方程,对压气机流动区域进行离散化,给定数值模拟初始条件和边界条件,对压气机进行多工况的数值模拟分析,计算获得了流场内部的流速、压力分布。对涡轮增压器压气机系统内部流场分析后,采用宽带噪声源模型(Broadband Noise Sources Model)对流场计算结果进行气动噪声分析。具体考察不同转速下(130,000r/min和110,000r/min)压气机系统气动噪声。通过修改涡轮增压器压气机无叶扩压器的宽度,讨论不同的无叶扩压器宽度比对涡轮增压器气动噪声的影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 本文的研究背景
• 1.2 国内外研究状况
• 1.2.1 车用涡轮增压器的发展概况
• 1.2.2 计算流体力学数值模拟及其在叶轮机械中的应用
• 1.2.3 气动声学和计算气动声学研究概况
• 1.3 本文的研究目的和意义
• 1.4 本文主要研究内容和方法
• 第二章 涡轮增压器声强法噪声源识别
• 2.1 引言
• 2.2 声强测量原理
• 2.2.1 声强定义
• 2.2.2 声强测量的方法
• 2.2.3 声强测试的频率分析法
• 2.3 声学环境与试验对象
• 2.4 声强测试系统
• 2.5 声强测试测点布置
• 2.6 声强测试工况及过程
• 2.7 结果分析
• 2.7.1 利用声强云图识别主要噪声源
• 2.7.2 主要噪声源处噪声的频谱特性分析
• 2.8 本章小结
• 第三章 车用涡轮增压器压气机建模
• 3.1 引言
• 3.2 压气机系统的几何建模
• 3.2.1 利用三坐标测量系统测量叶轮
• 3.2.2 利用Pro/E进行叶轮测量点云处理并建模
• 3.3 压气机蜗壳CAD建模
• 3.3.1 整体结构特征与流道截面分析
• 3.3.2 利用SolidWorks建立无叶扩压器及蜗壳三维模型
• 3.4 本章小结
• 第四章 涡轮增压器压气机的数值仿真及流场分析
• 4.1 引言
• 4.2 计算软件FLUENT简介
• 4.2.1 FLUENT软件基本程序结构
• 4.2.2 FLUENT软件的显著优点
• 4.3 控制方程组
• 4.4 三维湍流流动及数值计算方法
• 4.4.1 湍流流动概述
• 4.4.2 湍流的数值模拟方法
• 4.4.3 湍流模型
• 4.5 近壁面与固体区域边界条件的确定方法
• 4.5.1 近壁面附近区域的处理
• 4.5.2 固体壁面边界条件的处理
• 4.6 初始条件和边界条件
• 4.7 增压器压气机数值仿真的具体过程
• 4.7.1 叶轮几何模型的导入与网格划分
• 4.7.2 无叶扩压器及蜗壳的网格划分
• 4.7.3 叶轮与蜗壳网格连接
• 4.7.4 数值仿真初始条件和边界条件的确定
• 4.7.5 计算结果收敛性判定
• 4.8 关键部位的流场分析
• 4.8.1 叶片表面静压及速度矢量分布
• 4.8.2 无叶扩压器和蜗壳表面静压及速度矢量分布
• 4.9 本章小结
• 第五章 涡轮增压器压气机气动噪声分析
• 5.1 引言
• 5.2 计算气动声学的研究方法
• 5.3 FLUENT中的噪声模型
• 5.3.1 Fflow-Williams&Hawking声学模型
• 5.3.2 宽带噪声源模型
• 5.4 关键部位的气动噪声分析
• 5.4.1 声功率
• 5.4.2 叶片表面气动噪声分析
• 5.4.3 无叶扩压器和蜗壳表面气动噪声分析
• 5.5 无叶扩压器宽度比对涡轮增压器气动噪声的影响
• 5.6 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 硕士期间发表的论文
• 致谢
• 参考文献