废气涡轮增压器压气机气动性能数值模拟研究

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随着时代的变迁和科学技术的发展以及环境的变化,人们越来越注重环保。柴油发动机作为工程机械当中的动力核心,人们对其尾气排放提出了更高的要求。废气涡轮增压器对发动机的节能减排起了相当大的作用。其重要部件是离心压气机,它通过加压空气可以使发动机内燃料充分燃烧,产生更少污染空气的废气,以达到节能减排的目的。离心压气机的核心是叶轮,加压空气是通过它高速旋转实现的,因此设计高效率的小型离心压气机成为热点研究对象。本文沿着此目的出发,通过数值模拟计算的方法研究了废气涡轮增压器离心压气机整体的气动性能,这对今后的离心压气机设计及研发有一定借鉴作用。通过阅读大量文献,总结出大量学者对废气涡轮增压器离心压气机叶轮和扩压器的研究较多,所以本文以叶轮和扩压器为研究对象进行了数值模拟研究。本文首先以涡轮增压柴油机为例,对其涡轮增压器离心压气机进行匹配和结构设计,然后对压气机流道进行建模以及数值计算的前处理,使用多个建模软件建模,所以要严格按照尺寸建模,使得模型在CFD中可以完整展现,模型的衔接处没有叠加或空隙,采用ICEM CFD软件进行网格划分,使用求解器CFX软件进行数值模拟计算。本文在模拟计算过程中,发现改变叶轮高度会使压气机的效率和压比发生变化,故对此进行了深入的研究。通过研究发现,在设计流量下,叶轮高度为24mm时,其效率最高,压比接近设计压比,而将叶轮高度增大或减小后,其效率和压比都有所减小,说明在设计叶轮时,有一个最佳高度使得离心压气机效率和压比达到最佳值。最后对扩压器进行了研究,通过研究扩压器不同上表面的结构对离心压气机性能的影响,得知对于先收缩后扩散或先扩散后收缩扩压器的扩压性能较差,而半收缩型和全收缩型扩压器的性能较强,并且先收缩后平行的扩压器的性能最好,对上游涡流的扩散有着一定的抑制作用,对提高压气机整机效率有一定的帮助。
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