基于耦合传热的涡轮增压器涡轮箱有限元分析

基于涡轮增压器涡轮箱传热机理,采用专业CFD软件和FEM软件分别建立了涡轮箱流体区域和固体区域网格仿真模型。在流体域建立多重旋转坐标系,精确计算出涡轮箱流场、壁面传热系数及温度。应用流固耦合的仿真方法对涡轮箱进行耦合传热分析,得到涡轮箱固体域的温度场并对其进行热应力分析。与实验结果对比发现,仿真模型的温度场符合实际涡轮箱温度分布,最大误差仅为3.3%。该涡轮箱耦合传热模型具有较高的精度,为涡轮增压器的设计优化提供了依据。     

排气涡轮基于顺序流固耦合传热数值模拟研究

针对某四缸发动机涡轮增压器排气涡轮在高温及废气气动载荷、离心载荷下的综合数值模拟研究,该数值模拟联合计算流体动力学和有限元分析进行顺序流固耦合传热分析。首先利用STAR CCM+精确模拟计算涡轮增压器排气涡轮的温度场、表面压力场、壁面传热系数分布,将其作为第三类边界条件和压力载荷映射到排气涡轮有限元模型上。通过ABAQUS进行稳态热传导数值模拟,计算出排气涡轮有限元模型网格所有节点的温度场和表面温度,将计算所得的温度场作为预定义场进行热应力分析,最后结合气动载荷和离心载荷进行综合应力分析。     

涡轮增压器叶轮流固耦合模态分析

为了研究流固耦合场对涡轮增压器叶轮模态参数的影响,采用基于湍流模型理论建立了涡轮增压器压气机的流场模型.并进行了流场网格划分和边界条件的加载.通过计算获得了流场内部的流速、压力分布,把流场压力分布加载到叶轮固体表面上,并计算考虑流固耦合场的叶轮模态.计算结果表明,流固耦合场主要影响叶轮结构的模态固有频率,对模态振型的影响较小.     

基于FLUENT的涡轮增压器推力轴承特性分析

轴向推力轴承,又称为止推轴承,被广泛应用于涡轮增压器中,增压器转子系统中产生的轴向力都是由轴向推力轴承承受。本文对涡轮增压器滑动轴承模型进行基于FLUENT的全三维数值仿真分析,得到轴向推力轴承三维油膜压力、流场、温度分布。通过分析,得到了稳态下轴向推力轴承油膜压力场、温度场、流场在不同转速下的分布特点:随着转速的上升,推力轴承内部流场的峰值压力随之上升,推力轴承承载能力与滑油流量也随之上升,并且峰值压力、轴向推力以及滑油流量和转速的关系是呈等比例上升;同时对比分析了转子转速、楔形深度、最小油膜厚度等一些关键参数对轴向推力轴承性能的影响。     

涡轮增压器的流动模拟方法综述

随着人们对节能环保问题的日渐关注,增压技术特别是涡轮增压器在内燃机上的应用也越来越普遍,而研究涡轮增压器内的流动对设计高效率的增压器至关重要。综合国内外研究涡轮增压器的流动模拟方法,总结和概括了在模拟增压器内部流动方面的一般方法和普遍规律,对充分了解增压器内的流动过程并改善其工作性能具有一定意义。     

涡轮增压器压气机流场仿真分析

以涡轮增压器离心压气机为研究对象,通过模拟不同工况下发动机工作时涡轮增压器的压气机实际流通特性,分析了压气机内部流场随转速和叶顶间隙的变化规律。在ICEM中建立结构化网格,针对不同转速和不同叶顶间隙采用SST双方程湍流模型,对离心压气机内部流场进行数值模拟。结果表明,随着转速的增加,气体的流动状态变差,低压区范围扩大,出现明显的漩涡,气体不能充分地流动发展;随着叶顶间隙尺寸的减小,流动损失减小,压气机做功能力增大。     

温度场作用下车用涡轮增压器转子动力学仿真与结构改进

涡轮增压器在工作时,高温废气会把大量的热量传递给涡轮叶轮,并通过转轴传递给压气机叶轮。由于压气机叶轮处于常温环境中,受到高温加热的涡轮增压器转子会产生较大的温度梯度。根据涡轮增压器转子的实际结构和工作条件,建立了考虑温度场作用的转子动力学分析模型,对不同工况下涡轮增压器转子动力学特性进行研究和实验验证,揭示了温度场对涡轮增压器转子临界转速和稳定极限转速的影响规律,并根据计算结果对转子结构进行优化。结果表明:温度场使转子一阶临界转速增大,二、三、四阶临界转速降低,使稳定极限转速的阈值降低。从温度场作用方面出发,对高温环境下涡轮增压器转子系统动力学特性进行准确分析及结构改进,对于提高我国涡轮增压器的设计研究水平具有一定的参考意义和工程实践价值。     

涡轮增压器密封环的温度场及热变形研究

概述了涡轮增压器密封环的工作条件，提出用有限元法计算涡轮增压器密封环的温度场及热变形，对影响密封环温度场和变形的各种因素进行了分析，为进一步研究密封环的变形影响和对增压器的整体结构优化设计起到了指导作用。     

车用增压器涡轮流场仿真与结构改进

以计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)理论为基础,采用双向流固耦合的方法对增压器涡轮流场进行了数值模拟。通过数值模拟计算得出涡轮出口温度,并与实验值进行对比,其最大误差不超过3. 6%,验证了数值模拟的准确性;由于涡轮增压器叶轮的高熵值区域比较多,并且分布不均匀,因此对涡轮叶型进行了改进,结果表明:改进后叶轮的总体熵值和高熵值区域有所减小,且分布比较均匀;涡轮出口处温度相比之前降低了约30 K,说明改进后的叶轮做功比原叶轮更多,涡轮效率提高了6. 8%。     

涡轮增压器失效原因及修复方法

正涡轮增压器出现漏油、叶轮损伤、浮动轴承磨损等现象,会导致柴油机功率下降、燃油消耗增加、排气管排冒黑烟。对涡轮增压器进行修复后再次使用,可有效降低成本、节约材料,本文介绍涡轮增压器失效原因及修复方法。1.失效原因(1)叶轮损伤     

脉冲进气对径流涡轮转子通道内部流场影响研究

基于车用增压器涡轮的进口压力和温度是脉动变化的,本文采用Numeca软件求解进口边界条件为给定脉动总压总温的三维非定常Navier-Stokes方程组,并对相同进口条件下的涡轮转子内部流场进行分析。研究结果表明,脉冲进气条件下的涡轮特性具有强烈的非定常特征。     

非均匀来流对涡轮流场的影响

涡轮机械的非均匀进口来流会使得涡轮的流场不均匀,从而影响涡轮的工作性能。本文根据涡轮的工作机理,建立了存在叶尖间隙的涡轮流动模型,考虑来流的周向非均匀性,研究了涡轮流场的变化规律,讨论了不同来流参数对涡轮流场参数的影响。     

排气歧管总成热应力分析及温度场试验验证

采用了流固耦合的方法分析排气歧管总成的温度场和热应力。首先计算排气歧管总成的稳态内流场,得到了耦合面的温度分布,以此为边界条件计算了排气歧管总成的温度场,同时采用试验验证了排气歧管总成温度场计算结果的准确性。再以计算出的温度场为依据进一步算出了排气歧管总成的热应力,结果表明热应力的集中处位于排气歧管入口位置,排气歧管总成结合处在实际工作中不会因为较大的热应力而造成开裂,这为发动机的开发提供了参考。     

发动机进气歧管流场的数值分析

以某发动机进气歧管为研究对象建立三维模型,运用CFD前处理软件Gambit划分网格,建立进气歧管流场模型,在计算流体动力学软件Fluent中分析各缸进气均匀性,进气歧管的进气阻力,进气歧管的内部流场特性。结果清晰显示各歧管的近壁流速、内部流速、表面总压分布情况,并根据分析结果对进气歧管进行了结构优化,改进后的发动机进气歧管在各缸进口减小总压损失、进气阻力、管二流量等方面取得较明显的效果,管四流量得到提高,各进气管不均匀度得到优化。     

叶轮进口宽度对液力透平性能的影响

针对叶轮进口宽度对液力透平性能影响规律的认识不足问题,建设了一开式液力透平实验台,对一单级液力透平进行了实验研究,得到了该比转速液力透平的外特性曲线。采用结构化网格技术对液力透平进行了全流场数值计算与分析,数值与实验相结合,验证了数值计算的准确性。对不同进口宽度透平叶轮的数值计算结果分析表明,随着透平叶轮进口宽度的增加最高效率点向大流量偏移,大流量时的效率逐渐增加;对于一定几何参数组合的液力透平,存在最佳叶轮进口宽度使液力透平最优工况点效率最高;透平的流量扬程曲线随叶轮进口宽度的增加变得更加平坦;透平的轴功率变化相对较小。     

Average Velocity Measurements in Six Automotive Torque Converters Part II: Turbine Measurements

The internal flow fields of two automotive Plexiglas torque converter turbines with three different pumps were examined. A laser velocimeter was utilized to measure the velocity flow field at the turbine inlet and mid-planes in the six different geometry combinations; the stator was the same for all combinations. The turbine geometries differed only by the inlet blade angle, while the pump geometries differed only by the exit blade angle. The torque converter was operated at three different turbine/pump rotational speed ratios: 0.065 (near stall), 0.600, and 0.800 (near coupling point). For all geometries at the inlet plane the flow is fairly uniform in the blade-to-blade direction at all speed ratios. Velocities are most uniform in the core-to-shell direction at high speed ratios, but high velocities move near the shell at lower speed ratios. At the mid-plane, at low speed ratios the velocities are significantly higher near the pressure surface but as the speed ratio increases, the gradient decreases. At low speed ratios velocities are higher near the shell but this distribution becomes uniform at higher speed ratios. In general the flow became more uniform as the speed ratio increased. Variations in the pump exit blade angle had effects on both inlet and mid-plane velocity distributions and are documented. Variations in turbine inlet blade angle altered the inlet and mid-plane flow fields, but less so than the pump variations. A clockwise circulatory secondary flow pattern at the turbine inlet plane was observed for all geometries and, conversely, counter-clockwise circulatory secondary flow patterns at the mid-plane were recorded. Resulting vorticities were found to depend on geometries and speed ratios. The turbine leading edge incidence angles were found to strongly depend on the speed ratio, ranging from positive to negative, as well as pump and turbine blade angles.     

基于涡轮增压器轴流涡轮在多场耦合作用下的力学分析

涡轮增压器在航空航天、船舶、汽车等工业已经大量的应用,其中涡轮是较为重要的构件,目前对涡轮强度的分析还较少。根据涡轮增压器研制要求,利用MSC.Nastran对该涡轮增压器轴流涡轮在最高结构转速及温度场耦合作用下涡轮的应力、位移情况,并且考虑涡轮前后不同进出温度温度对涡轮的影响。经过分析,涡轮及叶片在不同温度和最高转速作用下,并未发生屈服,满足力学安全性,为该涡轮增压器轴流涡轮的设计、制造提供参考。     

轴流涡轮平面叶栅出口二维速度场的实验研究

将粒子图像测速仪(PIV)和热线风速仪(HWA)应用到低速轴流平面叶栅实验台上.在2个不同进口流量和3个不同叶片高度下,利用热线风速仪测量平面叶栅出口瞬态速度场,并采用激光粒子图像测速仪测量圆柱尾迹和出口速度场的整场信息.研究发现较大的进口速度或较低的叶片高度情况下,叶栅出口二次流流动强烈;同时发现尾迹的存在会破坏均匀流场,导致叶型流动损失的增加.     

带叶片涡轮盘腔气流增压温降特性数值模拟研究

通过在涡轮盘腔内部增加叶片的方式改变盘腔内部流动结构,从而降低旋转系下的相对总温.针对不同叶片结构对涡轮盘腔内部流动的影响开展数值模拟研究.结果表明:叶片叶型结构设计对内部流场的影响较大,旋流比为影响的主要因素,旋流比接近于1时,增压温降效果最好;导流叶片叶型的差异对总温降增压效果的影响明显;叶片进出口半径对预旋系统整...     

Performance test and component characteristics evaluation of a micro gas turbine

This study aims to analyze engine performance and component characteristics of a micro gas turbine based on detailed measurement of various parameters. A test facility to measure performance of a micro gas turbine was set up and performance parameters such as turbine exit temperature, exhaust gas temperature, engine inlet temperature, compressor discharge pressure and temperature, and fuel and air flow rates were measured. The net gas turbine performance (power and efficiency based on the gas turbine shaft end) was isolated and analyzed. With the aid of measurement based simulation, component characteristic parameters such as turbine inlet temperature, compressor efficiency, turbine efficiency and recuperator effectiveness were estimated. Behaviors of the estimated characteristic parameters with operating condition change were examined and sensitivities of estimated parameters to the measured parameters were analyzed.