为满足和适应船舶行业日益严格的排放法规,涡轮增压技术在其中得到了广泛的应用。但在实际运行过程中,船用柴油机排放的尾气中含有的固体颗粒会对可变混流涡轮造成冲蚀磨损,导致喷嘴环和叶轮叶片表面材质的剥落,表面粗糙度增加,不仅降低喷嘴环和叶轮叶片的使用寿命,同时也会造成涡轮和柴油机运行效率的下降。因此研究船用柴油机尾气颗粒对可变混流涡轮的冲蚀磨损特性具有较大的实际意义。本文以船用某型号可变混流涡轮增压器为研究对象,借助ANSYS CFX流体动力学软件,基于气固两相流的欧拉-拉格朗日法和Finnie磨损模型,研究不同开度下,不同粒径的颗粒对涡轮喷嘴环和叶轮叶片的冲蚀磨损特性,以及磨损后产生的表面粗糙度对涡轮流场和性能的影响。主要研究内容如下:首先建立可变混流涡轮的三维几何模型并划分网格,基于SST湍流模型对不同开度下涡轮内部单相流流场进行计算。经过仿真结果与台架试验数据的对比,证明了仿真的准确性。然后对不同开度下的喷嘴环和叶轮流场进行分析,揭示了不同开度下涡轮的流场特性。结果表明:涡轮子午面上压力和温度沿着气流方向逐渐降低,子午面上的熵损失区域主要位于叶轮轮缘侧,而且随开度的增大有所减小。气流主要在喷嘴环内膨胀加速,在进入叶轮后会进一步膨胀加速;随着开度的增大,喷嘴环入口气流的进气攻角由正攻角逐渐变为负攻角,导致喷嘴环前缘气流驻点的位置也发生了偏移,而且叶轮入口的气流分布也更加均匀;喷嘴环吸力面存在的逆压梯度、喷嘴环和叶轮叶片尾缘存在的气流分离与减速都会增加流动损失,降低涡轮性能。借助文献中的弯管气固两相流冲蚀磨损试验证明了所选用的Finnie磨损模型的计算结果是可信的。在此基础上,计算并分析不同开度下涡轮喷嘴环和叶轮叶片的冲蚀磨损特性。结果表明:喷嘴环吸力面的磨损程度比压力面更加严重,磨损区域主要集中在吸力面的后半段;叶轮叶片压力面的磨损程度比吸力面更严重,磨损区域主要靠近压力面后半段和轮缘侧;而且不同位置的喷嘴环和叶轮叶片的磨损量和磨损区域存在差异;随着开度的增大,喷嘴环的磨损随之降低,叶轮叶片的磨损却随之增大,但叶轮叶片的磨损程度不及喷嘴环,而且两者的磨损主要都是由于大颗粒造成的,小颗粒受气流携带作用较强,对壁面的撞击次数远少于大颗粒。通过数值计算所得的磨损率,引入涡轮运行时间,分析不同的表面粗糙度对涡轮流场和性能的影响。结果表明,随着粗糙度的增加,喷嘴环和叶轮内的流动损失增大,不仅增大了喷嘴环的结构载荷,同时也降低了叶轮的气动性能;另外对不同开度下涡轮效率的影响也较为明显,当表面粗糙度达到51μm,即运行时间为1000h时,涡轮效率就下降了1.4%以上。综上所述,本文较为系统的研究了船用柴油机尾气颗粒对可变混流涡轮增压器的冲蚀磨损特性,同时研究了颗粒磨损后造成的表面粗糙度对涡轮运行的影响。这对降低颗粒冲蚀磨损以及减缓磨损造成的涡轮效率下降具有一定的指导意义。