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原文传递可变喷嘴涡轮增压器涡轮端内流场特性分析

论文题名：	可变喷嘴涡轮增压器涡轮端内流场特性分析
关键词：	可变喷嘴涡轮增压器;柴油机;涡轮端;内部流场;结构优化
摘要：	随着国内外能源问题的严峻以及对环保问题的重视，车辆使用发动机增压技术降低油耗、减少排放污染成为节能减排的主要形式之一，而常规的车用涡轮增压器喷嘴口的流体流通截面积固定不变，导致车辆发动机在匹配涡轮增压器时，仅仅按照最佳匹配点来进行涡轮规格的选择，不能满足车辆全工况行驶的增压要求。可变喷嘴涡轮增压器是在常规涡轮增压器的基础上改进了涡轮壳喷嘴处的结构而来的，其可变的喷嘴口流体流通截面积可以改善常规涡轮增压器低转速扭矩不足、加速时响应滞后、低油耗工作区域窄的缺陷，满足车辆全工况行驶的增压要求。针对旋转机械CFD方面大量的研究表明，可变喷嘴涡轮增压器涡轮端内部速度场、压强场、温度场的分布对增压器工作性能和增压效率有重要的影响，设计合理的涡轮增压器气体流动均匀，流动损失小，旋流、回流、湍流现象少，而实验方法研究增压器内部流场需要较大成本并且对于实验结果的提取难度较大，因此采用CFD方法研究可变喷嘴涡轮增压器涡轮端内流场对进一步的结构优化设计具有重要意义。　　本文着重研究新型可变喷嘴涡轮增压器涡轮端稳态流场。首先针对一台四缸柴油机的技术参数，匹配设计了一款可变喷嘴涡轮增压器，并利用Creo软件进行了三维建模。通过研究涡轮端内流场计算的流动模型，控制方程，湍流模型等基本理论，确定了其内流场的理论研究方法，并建立了内流场计算的几何模型。为了得到流场计算的边界条件，利用软件AV-BOOST对可变喷嘴涡轮增压器在柴油机的低转速点(1000rpm)、最大扭矩点(2500rpm)、标定转速点(4000rpm)三个工况下涡轮端的涡前涡后流体流速、温度、压强等数据进行了计算，将提取出的计算结果作为涡轮端内流场仿真分析的边界条件。利用流体仿真分析软件Fluent对柴油机三种工况下对应的不同开度的导流叶片(30％、60%、100%)时的几何模型结构特点，分析其三种情况下可变喷嘴涡轮增压器涡轮端内流场的分布特性。　　流场仿真分析结果显示，整个流场区域流体流动均匀，在柴油机低转速(1000rpm)工况下，流体在经过导流叶片流场域前后，其流速提高非常明显，导流叶片对于柴油机低转速工况下提高发动机动力性有很明显的作用；在涡轮端进口处到蜗舌截面之间，流体的速度值和温度值在壳体近壁面处有较大的降低，壳体壁面对气体的吸附性较严重，这与壳体材料种类以及材料表面加工制造的光滑度有很大关系；在导流叶片头部的流场域仍然存在小范围旋流，废气流体有较小的能量损失，这与气动型导流叶片良好的导流性能有关，并且说明为了进一步降低流体的能量损失，导流叶片的头部叶型仍然有优化改进的空间。本文为可变喷嘴涡轮增压器的动力输出端—涡轮端的优化设计提供了重要参考。
作者：	王磊
专业：	车辆工程
导师：	郗向儒;张延超
授予学位：	硕士
授予学位单位：	西安理工大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文