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。     

低速电驱离心压气机特定工况下内部流场的数值模拟

以压气机的三维流场作为主要研究对象,离心式径流风机为基础模型,确定车用增压器压气机蜗壳和叶轮大致尺寸参数,在此基础上,建立三维整体装配模型,对其进行了数值模拟,对各种离心压气机模型的性能进行预测,分析不同数量、形态叶片的叶轮对效率性能和内部流场压力速度分布的影响。通过计算结果的校核以确定离心压气机叶轮的合理配置方案,了解该离心压气机特定工况下的内部流动情况,以达到设计目标的要求,并为实现快速设计提供依据。     

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。     

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...     

压气机超速制造过程的数值仿真研究

为配合压气机叶轮超速制造工艺的施行,根据我国现行增压器压气机叶轮的设计数据及使用要求,采用由参变量变分原理导出的有限元参数二次规划法对某增压器压气机进行了加载、卸载再加载的弹塑性变形全过程的数值模拟,针对不同的超速转速进行了大量计算,研究压气机叶轮在不同超速转速下,超速预过载处理后在工作状态下压气机叶轮应力、位移的大小及相应分布规律.结果表明随着超速转速的增加,超速预过载处理后的叶轮残余最大应力和最大位移值增加.超速转速大于33000r/min时,最大轴向、径向位移随超速转速的增大而迅速增大.     

涡轮增压器压气机叶轮锁紧螺母扭力设计计算方法研究

针对车用涡轮增压器高速转子轴承系统可靠性问题,研究车用涡轮增压器的压气机锁紧螺母扭力设计方法。基于理论推导和涡轮增压器的工作特点,确定了压气机锁紧螺母预紧力范围的计算公式。结合压气机热力计算结果,得到发动机不同工况工作条件下转子轴输出功率的大小,从而确定不同设计工况点压气机锁紧螺母扭力值,确保转子轴承系统的可靠运行。将这种方法用在JP50Q汽油机涡轮增压器设计上,计算得到压气机锁紧螺母力矩范围,通过实践安装验证满足增压器高转速工作要求。     

1.5MW紧凑式单轴多级离心压气机设计

利用自主开发的离心压气机气动设计程序,遵循效率最优和尺寸最小化原则,研发了一款1.5 MW、总压比为12的紧凑式单轴多级离心压气机。该多级离心压气机由单轴驱动10级闭式离心压气机,其中前后5级离心压气机采用"背靠背"结构布置相互抵消部分轴向力。通过全三维数值模拟整体评估了该多级离心压气机的性能,结果表明:设计工况下,10级离心压气机的总压比为12.24,绝热效率为75.4%,内部流动状况良好;设计转速下,失速裕度为8.6%,堵塞裕度为33%。各项性能指标表明所研发的多级离心压气机性能满足设计要求。     

高速离心叶轮内部三维粘性流场的数值模拟

采用一种快速求解三维黏性流场的计算方法求解某离心压气机内部复杂的流场，该方法利用Denton J．D．教授的粘性体积力法模拟粘性对叶轮机械内部流动的影响，采用时间推进法和有限体积差分格式对叶轮机械内部的流动进行求解。为加速收敛，使用了多重网格法，当地时间步长和局部残差光顺技术。对某离心压气机内部流动进行了详细的数值模拟，得出了压气机转子性能、叶顶周向平均静压以及准正交面上子午速度分布图，计算结果与试验结果吻合良好。采用该方法详细分析了不同工况下离心压气机内部流场。     

高原环境增压器离心压气机特性试验研究

针对所研制的高压比涡轮增压器压气机,基于构建的进气高原模拟试验台架,开展高原环境下车用增压器压气机特性试验分析与研究,以探讨高压比压气机高原特性的变化规律,并获得相应的验模试验数据。结果表明：在高原环境下,随着海拔的升高,压气机质量流量减小,同转速下最高压比基本保持不变,效率、雷诺数有所降低。海拔自1 000 m升高至4 500 m,质量流量减小26%~44%,效率降低1%~3.5%,压气机进口气体雷诺数降低约30%,近50%以上工况不满足雷诺数处于自模区假设。同时,压气机稳定工作流量范围拓宽,最高可拓宽11%,发生在高压比高转速工况。随海拔的升高,压气机体积流量减小,体积流量特性变化幅度较小,约3%(小于折合质量流量变化特性);因此,忽略系统效应的喘振线差异,可以采用体积流量特性进行变海拔高原环境离心压气机特性及内部流动对比研究。在高原环境下,以折合参数绘制的通用特性与零海拔特性差别较大,尤其是4 500 m海拔,不具备较好的可比性和参照性;而以相似参数绘制的通用特性同时也存在差异,但与折合流量特性、实际流量特性相比,随海拔变化最小,可用于不同海拔特性对比研究。由于雷诺数变化的影响,离心压气机特性随海拔高度存在差异,以马赫数相似为基础的特性曲线绘制方法存在偏差,不再有效;此时,对压气机在高原特性的研究,需要采用实际流量和实际转速;但在不同海拔特性曲线对比研究方面,采用相似参数为基础绘制的特性曲线具有较好的直观可比性。     

正转逆流工况下离心压气机挡板设计及特性分析

IPU是APU和EPU高度融合的产物。在EPU模式下,为了不使离心压气机空转导致温度过高,离心压气机处于正转逆流工况。为了满足EPU模式下压气机流量、功耗的要求,采用数值模拟方法,分析流动现象,完成扩压器出口挡板的设计。结果表明:正转逆流工况下离心压气机先对逆流气体做功,之后逆流气体对压气机做功;扩压器出口挡板缝隙存在临界面积,出口挡板缝隙面积大于临界面积时,压气机正转逆流功耗和流量不随挡板缝隙面积变化而变化;扩压器出口挡板缝隙为条形缝隙,缝隙面积占出口总面积的2.6%～1.9%,高压气源压力选择450～800 k Pa。