涡轮增压器压气机的气动噪声源特性研究

基于雷诺平均纳维-斯托克斯方程与Realizableκ-ε双方程湍流模型,利用CFD软件建立了某大型涡轮增压器离心式压气机内部气体的可压缩流动仿真模型。分析了不同工况下压气机内部气流的速度、压力等流动特性,利用宽带噪声模型对压气机进行了气动噪声源数值研究。结果表明,叶轮区域是压气机的主要气动噪声源;压气机内扰动强度和叶轮转速是气动噪声声功率的主要影响因素;宽带噪声与湍流强度的分布趋势一致。研究结果对分析压气机的气动噪声源产生机理及其控制具有参考价值。     

后掠式压气机级的研究

离心式压气机工作叶轮出口处气流速度,沿周向及轴向分布是不均匀的,不但降低了叶轮本身的效率,而且还会增加下游无叶扩压器的附加损失。本文介绍的后掠式压气机采用了前倾后弯的叶片,改善了流场的不均匀性,使压气机具有较高的级效率和较宽的等效范围,而且使喘振线偏向小流量。     

低压EGR冷凝水对压气机叶轮性能和结构破坏的影响研究

在发动机与整车上对低压EGR系统冷凝水的研究表明,压气机前管路中存在的气流裹挟的水珠和沿壁面流动的稀疏水膜对压气机叶轮构成潜在损伤风险,此外压前管路存在积水区,积聚的冷凝水遇冷结冰而被吸入也将对压气机叶轮形成潜在的损伤风险.针对以上情形分别设计试验,结果表明压气机叶轮主要受气流裹挟进入的冷凝水损伤,壁面流形式的冷凝水对叶轮几乎无损伤,在有限次数的极端情况下,压前冷凝水积聚区结冰对叶轮损伤的风险也很小,而叶轮镀层的应用能够显著降低冷凝水对叶轮的损伤,因此设计上应尽量减少随气流裹挟进入压气机的冷凝水.本研究为低压EGR系统设计以及压气机叶轮预防低压EGR系统冷凝水破坏提供了设计参考.     

双面叶轮离心压气机内部流动特性研究

针对双面叶轮离心压气机的叶轮内部流动特性进行了研究,通过台架试验对单、双面离心压气机进行了对比分析,验证了 CFD 仿真模型的正确性。并在此基础上详细探讨了双面叶轮出口处流动的掺混特性以及机匣处理对双面离心压气机内部流动结构的影响。结果表明：双面离心压气机较单面压气机流量范围有了较大的提升,双面叶轮压气机扩压器内流动呈现极大的不对称性,从而导致了叶轮出口处的掺混效应。机匣处理装置可以使双面离心压气机处在良好的并行工作状态,对改善压气机性能有很重要的作用。     

离心压气机叶轮出口气体流动演变规律数值仿真研究

采用全三维仿真计算方法,针对离心压气机叶轮出口位置,进行了气体流动演变规律研究。研究结果表明:相同转速下,随着流量的减小,叶轮出口绝对气流角增加,且增加的范围主要集中在叶轮流道中心以下区域,叶顶区域变化不明显;相同转速下,叶轮出口总压比呈逐渐增加趋势;相同转速下,流量的减小使得叶轮顶部的效率损失减小而主流区的效率损失增加,压气机的最终效率取决于间隙流和主流流动损失的耦合作用。     

离心式压气机可控负速度设计——等临界角速度设计的建议

本文根据离心式压气机工作时,叶轮流道中气体微团的流动的相对速度在垂直于叶轮转轴的径向平面上投影的二元分析,并利用流道中叶片压力面上出现负速度时的叶轮转速与投影在该平面上的气流平均速度、叶轮主要的几何参数的关系式,分析了国内外一些离心式压气机在设计工况下叶轮出口段流道中存在负速度的情况与实验所测得的压气机性能的关系之后,提出离心式压气机叶轮流道出口段可控负速度设计—沿叶轮半径等临界角速度设计的建议。本设计方法可作为详细计算三元流场之前,初估叶轮的几何参数(Z、β_Γ、R_K、b等)之用,这样可以减少验算三元流场的计算方案,节省电算费用。对没有条件进行电算的地区或单位,可以用本方法近似地验算叶轮出口段流场,供选取设计方案时参考。     

叶轮出口结构形式对压气机性能及轴向载荷影响分析

采用Numeca数值分析软件分析了3种不同出口结构形式的压气机叶轮性能,等出口大径情况下径流叶轮压比最高,斜流叶轮压比最低,效率方面则是半斜流叶轮最高。通过压气机流场分析发现,各转速小流量下,径流叶轮在叶轮出口轮缘一侧产生大范围的回流,斜流叶轮则在轮毂一侧产生较大范围的回流,而半斜流叶轮兼有径流叶轮和斜流叶轮设计特点,轮毂和轮缘两侧的流场均得到明显改善。在堵塞流量附近工况点,半斜流叶轮和斜流叶轮出口相对马赫数较径流叶轮略小,利于堵塞流量的增加。通过轴向载荷分析发现,由于斜流叶轮和半斜流叶轮相比等直径的径流叶轮压比较低,导致由压气机轮背指向压气机进口的轴向力减小,使得整个增压器转轴有向涡端运动的趋势,由此容易导致止推轴承压端磨损严重;与此同时,转轴移动也会使得叶轮与压气机蜗壳的轴向间隙增大,导致半斜流叶轮与斜流叶轮效率降低。     

涡轮增压器气动轴向力的数值计算北大核心

应用计算流体动力学软件,以涡轮增压器自循环全工况性能试验为依据,计算了压气机级和涡轮级所承受的轴向力,并进一步对比了叶轮背盘有无篦齿的轴向力,分析了篦齿对轴向力的影响。研究表明:对于增压器自循环试验而言,大部分工况下涡轮增压器轴向力方向是由涡轮端指向压气机端,在低转速区某些工况,轴向力方向会反向;影响叶轮及涡轮表面压力大小及分布的因素,会对轴向力产生一定影响;由于齿腔对流体的动能有一定的耗散作用,影响了轮背壁面高速旋转所引起的气流速度和压力的径向分布,交错篦齿结构能够抵消部分蜗舌和压气机壳几何周向非均匀性对流动的影响,使轮背压力分布更为均匀。     

离心压气机叶轮顶切的数值研究

通过数值模拟方法研究了叶轮顶切程度对压气机性能影响的规律,并进行了相应的流动机理分析。研究表明,叶轮顶切后虽然压气机整体性能略有降低,但可以使性能曲线整体向小流量方向偏移,是一种不需重新设计就可以满足小排量发动机增压匹配要求的简单有效的方法,为采用叶轮顶切方法实现压气机产品系列化提供了依据。     

离心式压气机等熵过程热力计算方法

以往的离心式压气机一元流动热力计算,一般采用两种方法,一是计算叶轮通流内的流动损失,二是凭经验选择叶轮多变效率。这两种方法都是先计算叶轮多变指数,然后再用多变过程来计算叶轮出口处气动参数及几何参数。这种计算很复杂,工作量大,而且,对于不同型式的压气机,如何准确地、合适地选择叶轮多变效率是比较困难的。本文提出的用等熵过程代替多变过程,方法简捷,经实践证明是可行的。     

涡轮增压器轴向力稳态数值模拟及优化

采用Numeca数值分析软件建立了某增压器涡轮机及压气机端流场网格模型,并计算出发动机不同转速下涡轮增压器的涡轮端及压气机端的稳态轴向力分布,分析得出由涡轮端指向压气机端方向的轴向力值较大,而由压气机端指向涡轮端方向的轴向力值较小。对压气机叶轮流场进行了分析,发现压气机叶轮背部间隙内的静压分布与轴向力大小紧密相关;研究了叶轮叶顶间隙对轴向力的影响,发现叶轮轴向间隙对轴向力的影响比径向间隙大,但效率损失亦较大。在保证涡轮机效率不降低的原则下,对涡轮箱流道截面进行了改进,轴向力在发动机高转速下降低约8N。     

高原环境下增压器压气机叶轮轮毂疲劳可靠性研究

针对涡轮增压器压气机叶轮在高原地区工作时潜在的轮毂疲劳失效模式,研究了高原环境下涡轮增压器转速的变化规律以及压气机叶轮轮毂疲劳失效危险部位的应力。在此基础上,建立了增压器压气机叶轮的轮毂疲劳可靠度计算模型,分析了增压器压气机叶轮轮毂疲劳可靠度随不同海拔高度的变化规律。研究表明,当发动机在高海拔地区工作时,涡轮增压器压气机叶轮发生轮毂疲劳失效的风险在增大,随着海拔高度的增加,压气机叶轮轮毂的疲劳可靠性在降低。     

柴油机涡轮增压器叶轮优化设计

以某废气涡轮增压柴油机为研究对象,以提高发动机性能为目标,使用CFD方法对其涡轮增压器的叶轮进行优化设计。通过分析叶轮内部流场,将叶轮叶片的叶型进行了改进设计,叶轮内部流场得到了优化。通过CFD计算得到了优化后的压气机MAP图,并将优化设计后的增压器安装到柴油机上进行了试验研究。结果表明,根据CFD计算结果对压气机叶轮结构进行优化设计具有可行性,优化设计的压气机能够在全转速范围内降低发动机燃油消耗率。     

离心式压气机叶轮的加工

<正> 对于中小型燃气轮机和增压器采用的离心式压气机来说,制造其叶轮的叶片时,可采用精密铸造法或切削加工法(后者包括仿形加工及数控加工,目前,数控加工用得较普遍)。究竟选用哪一种方法,要根据材料的性质、尺寸,精度、制造的周期以及是否批量生产等因素来决定。一般来说,铸造法适合于批量生产,而切削法(数控加工法)则适于非批量及试验性生产。此外,对于难于铸造的材料或大件的生产,切削法也比较适合。 本文论述了叶轮的切削加工,对其关键部分,即叶片的数控加工过程中使用的机器,专用刀具以及数控磁带的制作方法等,作了简单的介绍。     

可变截面涡轮增压器离心式压气机的研制

为了控制军用可变截面涡轮增压器的喘振和满足其空气流量的要求,现已研制成一种离心式压气机的可变几何形状扩压器。此外还研制和试验了以下二种压气机叶轮:径向叶轮和后弯叶轮。 性能试验结果表明,可变几何形状压气机在所要求的大多数工况下,达到了流量和效率的指标。由工作曲线图可以看出,后弯叶轮比径向叶轮好。在空气流量大的工况下(在发动机额定转速时)后弯叶轮的压气机效率已高达80％;只是在空气流量非常小的工况下(发动机在最低工作转速时)由于叶轮开始失速,引起效率下降。因此可以确认:可变几何形状压气机适用于效率高和流量范围宽的涡轮增压器。     

压气机叶轮失效转速预测方法研究

增压器工作转速极高,在工作时会出现转速急剧上升的情况,若叶轮破裂,将对增压器造成灾难性后果.在产品研发前期,利用数值模拟方法获得压气机叶轮的最高失效转速有着重要的意义.开展叶轮材料2A70拉伸试验,建立材料弹塑性本构模型,为叶轮仿真模拟提供材料边界.通过压气机叶轮的超转速破坏试验和压气机叶轮的仿真模拟研究,提出基于M ises应力、主塑性应变和等效塑性应变能3种叶轮失效转速预测方法,并对3种方法进行分析比较.研究结果表明:M ises应力预测失效转速的方法精度最高,相对试验偏差为4.2％;等效塑性应变能和主塑性应变预测失效转速的方法偏差相对较大,相对试验偏差分别为6.9％ 和8.8％;3种预测方法最大失效转速均偏大.     

发动机废气涡轮增压知识问答（二）

6．废气涡轮增压器的结构如何？ 图12-7所示为径流式涡轮增压器的结构图。废气涡轮增压器由压气机、涡轮及中间壳体组成。压气机部分由压气机叶轮2、压气机壳3和扩压器4等组成单级离心式压气机：涡轮机部分由涡轮壳12、涡轮和叶轮15、喷嘴环18和涡轮端盖板17等组成单级径流式涡轮机。压气机叶轮2与涡轮机叶轮15装在同一根轴上构成转子组．并支承中间支承体两端的浮动轴承21上。中间支承体左端装有压气机壳3．右端装有涡轮壳12。     

涡轮增压器压气机气动性能优化及试验研究

针对某采用EGR技术国六排放发动机低速性能不足的问题,对压气机叶轮从叶轮平均子午型线和叶片载荷分布两个方面进行了气动性能优化,并采用NUMECA三维流体仿真软件进行了仿真分析对比,结果显示优化后压气机压比及效率均得到提高,其中峰值效率提升了3个百分点。通过对压气机流场分析发现:新叶轮沿流向方向静压增长非常均匀,降低了流动损失,且在叶顶间隙区域损失减少。流体经叶轮出口流出后掺混损失较低,使得流体在扩压器中扩散损失降低。对新压气机进行了压气机台架特性测试,验证了优化设计方案的可行性。考虑到发动机注重低速性能及EGR需求,将原增压器涡轮箱流道A/R减小8%后,与新压气机匹配并在发动机台架上进行试验,结果显示发动机低速扭矩比客户要求值最大提升1.3%,低速油耗最大降低1.7%,中低转速下压差均略优于目标压差值,发动机性能和EGR水平整体满足了主机厂客户的要求。     

汽车涡轮增压器压气机噪声的计算气动声学模拟

汽油机领域增压技术(Eco-Boost)的问世为技术人员带来新的挑战。挑战之一是在非设计工况下,进入涡轮增压器的气流会产生气流噪声。在某些运行工况下,当进气质量流量和压比达到某一数值时,压气机叶轮表面气体分流会产生宽频噪声,被称为"啸叫"噪声。可以用增压器吹风试验和发动机台架试验来检测这种气体流动噪声。为了开发一种有效的设计,有必要了解这种噪声产生的基本机理。介绍为研究进气条件对啸叫噪声的影响而进行的计算气动声学分析,包括整个压气机叶轮和涡壳在内的三维计算流体动力学模拟。该增压器叶轮由6个主要叶片和6个分流叶片组成。基于计算机辅助工程的结果,提出一种压气机引导边缘入口台阶与进口导向叶片(或旋转叶片)组合的方案,以降低啸叫噪声,并通过试验证实这种创新设计的有效性。     

基于流固耦合方法的离心式压气机叶片强度与振动特性研究

采用流体动力学及有限元方法,对某型带分流叶片的离心式压气机叶轮进行了单向流固耦合分析。建立了叶轮单个通道的三维流场模型,得到某转速下压气机叶轮内部流场的应力分布,然后将气动力施加在叶片上,获得离心力和气动力共同作用时主叶片及分流叶片上的应力分布及最大变形量,最后对比分析了离心力与气动力对叶片应力应变和振动特性的影响。