车用涡轮增压器特性预测研究

bb20920d · 发表于 2022-4-29 08:25:42

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涡轮增压器是利用发动机排气能量驱动涡轮，从而带动压气机来提高发动机进气压力的装置。无论是对于汽油机还是柴油机，采用涡轮增压技术都可以明显提高发动机的功率重量比、改善燃油经济性并且降低排放。世界范围内对于直喷式柴油机的巨大需求极大地推动了涡轮增压技术的进步。日益严格的排放法规也促使各国的涡轮增压器制造商不断追求更加先进的涡轮增压技术。 CFD技术的兴起为涡轮增压器的研究提供了一条良好的途径。本文以三维CFD软件AVL-FIRE为研究平台，针对盖瑞特TB25型涡轮增压器的涡轮进行了蜗壳内部三维流场的数值模拟研究。为了得到蜗壳内部流道的几何模型，首先对涡轮增压器进行了切割分解，利用三维激光扫描技术获取蜗壳与叶轮表面的点云数据，然后在三维CAD软件Solidworks中对测量得到的点云数据进行拟合处理，最终生成蜗壳内部流道的三维几何模型。采用稳态模拟方法，在AVL-FIRE软件中对蜗壳内部三维流场进行了计算。通过计算结果与实验数据的对比研究，确定了适用于蜗壳内部三维流场计算的湍流模型和数值计算关键参数，如时间步长、差分方法、松弛因子以及收敛准则。并针对不同的湍流模型进行了对比计算分析，讨论了它们的特点以及在蜗壳内部三维流场计算中的优劣。基于数值计算结果，对蜗壳内部三维流场进行了分析，找出了其中结构不合理之处。在对三维几何模型有针对性地修改之后，蜗壳内部的流动情况得到了优化，涡轮的总-静效率有所提高。研究结果表明，本文所使用的数值计算方法对盖瑞特TB25型涡轮增压器的涡轮特性预测具有良好的精度；较之Spalart-Allmaras单方程湍流模型，使用k-z-f四方程湍流模型计算得出的结果与实验数据的偏差更小，但计算时间较长；在对蜗壳内部几何结构进行局部改进之后，重新计算的涡轮的总-静效率提高了0.0012，这为涡轮的优化设计提供了方向。

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