车用涡轮增压器涡轮级流场特性的仿真研究

基于计算流体动力学两相流技术对某车用涡轮增压器涡轮级的流场特性进行了仿真研究,分析不同涡轮转速下涡轮级的废气颗粒质量浓度、废气流速、压力及温度变化规律。研究结果表明,当涡轮转速由100 000 r/min加快至140 000 r/min时,涡轮级废气颗粒质量分数呈现出降低趋势,废气颗粒分布的均匀性提高。涡轮级废气的最大流速由211.121 m/s加快至306.624 m/s,效率提高27%。随着涡轮转速的加快,涡轮级最大压力由159 771.84 Pa增大至253 244.031 Pa,温度梯度不断增大,温度分布的均匀性则有所降低。     

涡轮增压器压气机规格化设计研究

离心压气机因其单级压比高、工作范围宽、结构简单可靠等特点被广泛用于船用涡轮增压器中。为了满足增压器对柴油机的匹配需求,增压器压气机需要进行规格化设计,形成具有不同的通流能力的压气机。本文基于某国产增压器,分别开展了改变叶轮子午线高度、改变扩压器喉口面积和几何模化三种规格化方式对增压器流量和效率的影响研究。结果表明：改变扩压器喉口面积可实现较小流量范围的压气机规格化设计,7.8%的流量变化对效率的影响在0.3%以内;改变子午型线可实现稍大流量范围的压气机规格化设计,12.1%的流量变化对效率的影响在1.1%以内;几何模化可实现较大流量范围的压气机规格化设计,且对效率影响较小,1.90倍流量变化仅导致0.34%的效率变化,通过多种规格化组合使用可实现压气机较大范围内流量的连续变化。本文研究结果为国产增压器系列化规格化设计提供了有效支撑。     

带有根部间隙的压气机静子通道流场测量

为了研究静子根部间隙对压气机性能的影响,设计了4支不同长度的“L”形五孔探针和1支四孔探针。通过位移机构移动上述探针,对某双级低速轴流压气机在不同流量工况下的5个不同轴向位置的静子通道截面流场进行了实验测量。实验结果表明,在最大流量和近失速工况下,根部间隙引起的泄漏流和叶尖处的角区分离流与主流的掺混始终是造成静子通道内 总压损失的主要原因。随着进口流量的减小,泄漏流和角区分离的起始位置将更靠近通道进口。     

高压比大推力离心压气机流场分析

基于CFD设计了一款转速60000 r/min、压比7、流量1.5 kg/s的大推力压气机,采用spalart-allmaras湍流模型和Navier-Stokes方程组对压气机叶轮内的气体流动及其工作范围进行了数值模拟,分析了60000 r/min转速时最高效率点附近的相对马赫数和流线云图,开展了非设计转速下的流场分析,计算了不同转速下的工况,研究了设计转速下叶轮入口处激波和射流尾迹的流动情况。研究结果表明：设计工况条件下,等熵效率为84.25%,压比为8.167;转速从48000 r/min到54000 r/min时,等熵效率提高,流场改善,气动损失减小;压气机转速从60000 r/min增加到72000 r/min时,压气机等熵效率、气动损失减小、稳定工作范围收窄;高压叶轮的主要气动损失为叶片表面的激波损失、叶尖间隙损失、二次流损失及吸力面尾缘的低能流体。     

涡轮增压器离心压气机叶轮内部流场计算分析

本文根据叶轮部分的通流尺寸参数,首先采用UG NX软件生成初步的叶片及流道三维外形三维实体模型,并在IECM CFD软件中生成网格模型,然后在ANSYS-CFX软件中设置边界条件、选择合适的计算模型、设置收敛准则等,对涡轮叶轮部分进行流动数值模拟,获得了该部分的压力、速度等参数分布,并对其参数的分布情况进行了相应的分析。结果表明,各参数的变化规律对缩短叶轮机械设计周期、降低设计风险、改善叶轮机械气动性能以及探索叶轮机械气动设计的新方法提供了参考。     

涡轮增压器离心压气机叶轮内部流场计算分析

本文根据叶轮部分的通流尺寸参数,首先采用UG NX软件生成初步的叶片及流道三维外形三维实体模型,并在IECM CFD软件中生成网格模型,然后在ANSYS-CFX软件中设置边界条件、选择合适的计算模型、设置收敛准则等,对涡轮叶轮部分进行流动数值模拟,获得了该部分的压力、速度等参数分布,并对其参数的分布情况进行了相应的分析。结果表明,各参数的变化规律对缩短叶轮机械设计周期、降低设计风险、改善叶轮机械气动性能以及探索叶轮机械气动设计的新方法提供了参考。     

叶顶间隙对一跨音速压气机转子失速裕度的影响研究

针对一跨音速压气机转子,分别在动叶顶部相对间隙为0%,0.1%,0.5%,1%,1.5%,2%的六种情况进行了数值模拟。计算结果表明,间隙的存在使得转子性能如压比、效率有所下降,但适当间隙的存在使得转子喘振点往小流量点大幅迁移,又有效提升了转子的工作范围。此外,分析了由于叶顶间隙的存在使得转子工作范围增加的原因,并指出无论是否存在间隙,针对跨音速压气机转子,其进入喘振的根本原因都是由于堵塞作用使得弓形激波连同流道激波一起被推向流道上游造成的,而其中堵塞作用却是由端壁附面层发展与迁徙、叶顶泄漏流动、激波与附面层之间相互作用的共同结果。     

Z305压气机内部流场数值分析及扩压器结构优化

为分析叶轮和扩压器耦合作用下的压气机内部流场,在级环境下对Z305增压器离心压气机进行了数值研究,结果表明该压气机的工作范围较狭窄和整级效率较低的原因在于叶轮出口段到扩压器进口处都存在较大的涡流区。通过减少扩压器叶片数和缩短叶片尾缘的长度,改善了叶轮和扩压器的耦合关系,使得压气机工作范围和在多工况下的效率和压比等性能参数都明显提高。     

离心压气机叶轮流场的S_1／S_2准三元解的分析

对Ｓ_１，Ｓ_２程序作了重要改进后，完成了离心压气机的Ｓ_１／Ｓ_２准三元迭代计算，并增加了前后处理和迭代过程中各环节的自动连接，形成了一个功能比较齐全的离心压气机准三元正问题分析的工程实用软件系统     

斜流压气机扩压器流场的数值模拟

用数值模拟方法研究了某高压比斜流压气机级,并对最大效率工况点的扩压器内部流场进行了初步分析。结果表明,斜向扩压器的最大静压恢复系数为0.525,轴向扩压器为0.502;斜向扩压器叶片压力面附面层大面积分离,造成严重的气动损失,使得其总压恢复系数较低;轴向扩压器只在叶片吸力面出现部分附面层分离,总压恢复系数相对较高;经过一排斜向叶片扩压器和一排轴向叶片扩压器,气流流动方向与子午面的夹角总共扭转了大约50°,扭转角度过大因而附面层分离严重,是造成扩压器性能下降的主要原因。     

增压器压气机流动分析与全工况优化

对某涡轮增压器的压气机进行了整机数值模拟与流动分析,发现其内部流动效率低,工作范围窄,扩压器内存在的一个较大旋涡造成了大量流动损失。针对以上问题,本文应用商业设计软件对该压气机进行重新设计,并通过三维CFD软件对多种设计方案进行检验计算,最终得到较优的设计结果。最终设计得到的离心压气机在设计点的各项性能参数均达到了设计要求,压气机内部流场得到了很大改善,整机流动效率提高了4.09%,并且在设计转速下具有更为宽广的稳定工作范围。设计结果表明,叶轮子午流道转弯半径对叶轮内部流动影响显著。     

圆渐开线型线的涡旋压缩机内部流场模拟分析

涡旋压缩机运行过程中工作腔内部流场状态参数难以通过试验测试获得。为此,以圆渐开线型线的动、静涡旋盘为对象,建立了带有动边界、径向与轴向间隙的动、静涡旋盘啮合的三维流场数值模型。利用CFD动网格技术设置流场边界、内部网格的变形,获得动、静涡旋盘啮合过程内部流场参数,并结合试验对模拟模型进行验证。结果表明:模拟结果与试验结果基本一致,获得了工作腔内流体流动压力和速度的动态分布规律,探索了压缩过程中腔内压力、速度、温度分布不均匀的原因。     

离心压缩机叶轮内部流场的数值模拟

利用Fluent软件建立叶轮轴向截面流道内流体模型，采用simple算法进行仿真计算，取不同的叶轮出口角和进口角的叶轮来进行模拟，得出不同几何结构的叶轮的内部流场的速度、雷诺数和压力的变化规律，找出了最优的几何结构，进而提高了离心压缩机的效率。     

周向弯曲叶片压缩机转子流场的数值模拟

为了研究叶片周向弯曲对压缩机转子性能的影响。利用三次样条曲线来构造叶片径向积迭线，以形成不同形状的正反弯叶片，并采用有限体积时间推进法求解N-S方程。方程中增加了“粘性体积力”项来模拟流体粘性对转子流场的影响，并对带弯曲叶片的压缩机转子的内部流场进行了数值模拟。对计算结果进行全面分析。得出结论。     

往复压缩机动态压力仿真及瞬态流场分析

针对实际往复式压缩机故障监测诊断中监测动态压力中存在的风险、难点以及不易实现的情况,采用数值模拟方法对双作用往复压式缩机进行气阀流道及气缸建模,通过FLUENT软件进行计算求解,从而得到气缸内理论动态压力及流场的三维数值模拟结果,并截取模拟结果的速度分布云图和压力分布云图。并作出气缸内气体动态压力随曲轴转角的变化趋势曲线,可对往复式压缩机的不同工作过程进行分析,并为往复式压缩机关键部件的受力分析和故障诊断提供依据。     

涡旋压缩机压缩腔流体的CFD模拟分析及应用

CFD技术在涡旋压缩机领域中的应用越来越重要,根据现有的一个涡旋压缩机的物理模型,建立其在工作过程中某一状态下的准静态的压缩腔计算模型,然后采用CFD软FLUENT对其进行模拟计算得到其流场特性和压力损失,在此基础上对原有模型的圆渐开线型线结构进行改进,研究正方形渐开线型线和圆渐开线-高次曲线-圆弧组合型线两种结构并模拟计算,结果表明其压力损失都大幅度减小且后者的泄漏线长度也大幅度减小,这为进一步研究涡旋型线的设计理论提供参考.     

组合压气机性能和流场的数值模拟研究

针对航空发动机组合压气机的设计,采用定常数值模拟方法,对某轴流离心组合压气机的内部流场进行了分析,以探索其内部流动规律.最后将计算结果与试验结果做了比较,得出结论.     

确定应力模型在离心压缩机级流场模拟的应用

在求解多级叶轮机械流场的定常计算方法中,ADAMCZYK提出的通道平均方法比混合界面方法更为严格也更为复杂,方程中的确定应力项反映了级环境下流场非定常性的时均效应。然而,与雷诺平均方程一样,通道平均方程本身也没包含足够的信息来确定它的解。基于简化的通道平均方程,建立适合离心压缩机动静相干非定常的半经验确定应力模型,替代重叠区域方法来计算确定应力的方法,结合界面处理方法,发展预测离心压缩机级环境下包含动/静相干周期性非定常流场的时均效应的定常计算方法。采用确定应力模型及混合界面两种方法对两台离心压缩机级内的流场进行计算,两种方法计算时间相当。与混合界面方法相比,由于考虑了非定常流动的时均效应,确定应力模型方法得到的流场分布与试验测量更加吻合;而且确定应力的引入在一定程度上能补偿人工掺混带来的影响,采用确定应力模型能够得到更真实的流场。     

压缩机叶轮的逆向造型及流场数值模拟

介绍了叶轮的逆向造型和内部流场的数值模拟,应用逆向造型技术对整体压缩机叶轮实现快速三维建模,再对其进行内部流场数值模拟,研究分析叶轮叶片表面的流场、压力分布及湍流等重要的流动现象,以分析检验该叶轮的动力性能,为叶轮的动力性能检测提供了又一种快捷的方法,也为探索压缩机叶型优化设计和进一步改进提供了有价值的物理信息.