柴油机可变截面涡轮增压器内流场仿真研究

【摘要】涡轮增压器是柴油机的重要组成部分，其性能好坏对汽车的动力性、燃油经济性和排放影响很大。随着社会对能源及环保越来越关注，研究者在传统涡轮增压器基础上提出了可变截面涡轮增压器（VGT），该涡轮增压器可通过调节喷嘴环叶片开度来满足车辆低速、高速和加速工况等不同工况下柴油机的最佳性能需求，已成为柴油机工程领域的研究热点。本文以某柴油机用VGT为研究对象，应用CATIA软件建立其流场三维模型。基于计算流体力学(CFD)，运用CFX仿真软件对不同喷嘴环叶片参数的涡壳内部进行了仿真研究，揭示了蜗壳内场的流体运动特性和变化规律，研究了柴油机不同工况下与VGT的匹配问题。对比仿真计算结果与涡轮增压器实验数据，误差范围在10%之内，验证了CFX模拟仿真研究的正确性和可行性。通过改变叶片高度和长度分析喷嘴环出口面积变化和蜗壳内流场分布，得出了最优的叶片高度和长度。柴油机固定转速、不同喷嘴环叶片开度的仿真结果表明：可通过降低蜗壳入口至蜗壳圆弧的曲率变化来优化蜗壳型线；可通过优化叶片头部型线来减小喷嘴环叶片头部的迎风面积；可采用弯翼叶片减少蜗壳内存在的气体滞止现象，减小流量损失。6种不同叶片开度的仿真结果表明：低速工况时，应减小喷嘴环叶片开度，增大涡轮转速；高速工况时，宜增大喷嘴环叶片开度，防止涡轮超速现象；加速工况时，需调节喷嘴环叶片开度，以减少涡轮延迟现象。本文所采用的研究方法可推广至各类涡轮增压器的研究过程中，所得出的结论可为VGT结构设计和控制策略研究提供指导。
【作者】雷杰；
【导师】王岩松；王洪俊；
【作者基本信息】上海工程技术大学，车辆工程，2013，硕士
【关键词】可变截面增压器（VGT）；计算流体力学(CFD)；CFX；增压器匹配；

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