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车用小型离心压气机结构参数优化及流量特性的仿真计算
| 论文题名： | 车用小型离心压气机结构参数优化及流量特性的仿真计算 |
| 关键词： | 柴油机;离心压气机;有限体积法;结构优化;流量特性图 |
| 摘要： | 柴油机以其独特的优势广泛应用社会生产的各个部门，但随着全球能源的匮乏、排放法规的日益严格，迫使人们对柴油机的动力性、经济性和排放性提出了更高的要求，而采用废气涡轮增压器是实现上述目标的一个较好的办法。 离心式压气机，因其具有单级压比高、工艺性能好、结构简单、效率高等优点被广泛应用于柴油机的废气涡轮增压器中。在以前，压气机的设计以及其流量特性(图)主要通过试验的方法得到，这样不仅花费大，周期长，而且获得的数据有限。利用计算流体力学(CFD)的方法对压气机的工作过程进行模拟计算，可以得到压气机流道内详尽的流场信息，并可以得到压气机的工作性能。如果可以采用数值计算的方法设计压气机，并计算压气机的流量特性图，这将对所设计压气机的前期评估以及增压器与柴油机的匹配预测起到非常重要的帮助和指导作用。为此，可利用CFD的方法建立一个压气机的数值计算方案，实现压气机结构设计、优化及压气机流量特性图计算的目的。 本文初步分析了一款16个全长叶片叶轮的压气机，对压气机在不同转速和压比下进行计算，根据得到的结果绘制出压气机的流量特性图；然后在全长叶片叶轮的基础上修改叶轮成为长短叶片的压气机，并以实现较好的整机流量和效率特性为目标，通过改变压气机的叶轮叶片数目、扩压器外径大小和蜗壳截面大小等结构参数，对压气机模型参数进行优化。计算的结果表明，优化后的压气机性能在一定程度上有所提高，高绝热效率区域在转速范围内有所扩展，喘振线向低流量区域偏移，高转速下压气机的流量范围增加。 在优化压气机流量特性基础上，对不同转速下的流动损失情况进行分析，结果表明，叶轮中的流动损失始终占流动损失的主要部分，扩压器中的流动损失相对较小，随工况变化波动较小，蜗壳在高绝热效率区流动损失较小，但在低绝热效率区流动损失很大，甚至超过叶轮处的流动损失。 通过对等厚直壁式、等厚圆弧式、楔形直壁式和弯翼式四种叶片式扩压器压气机的计算分析得到，楔形直壁式叶片可以有效地提高压气机的效率，而采用弯翼式叶片，由于气流在叶片吸力面头部不远处就出现了气流分离，使压气机的效率和流量大大降低，采用其它两种叶片扩压器，压气机的性能与无叶式相当。 |
| 作者： | 钟利军 |
| 专业： | 动力机械及工程 |
| 导师： | 李人宪 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西南交通大学 |
| 学位年度： | 2010 |
| 正文语种： | 中文 |
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