可调涡轮喷嘴导流叶片气动转矩的试验研究

采用测力传感器对可调喷嘴涡轮的喷嘴环调节机构的驱动力进行了测量。在考虑了喷嘴环气动转矩的传递过程后,通过换算,求出了气动力作用在喷嘴导流叶片转轴上的转矩。经过重复试验测试,试验结果具有可重复性,证明该测试方法简单有效。由试验得出,在导流叶片开度相同条件下,气动转矩随涡轮中气体质量流量的增加而增大;在流量相同的条件下,气动转矩随导流叶片开度的减小而减小,甚至会改变转矩方向而为负值。此结果为设计喷嘴环调节机构提供了参考依据,并为采用CFD方法对导流叶片气动转矩在发动机全工况范围内的变化进行研究提供了数值基础。     

车用可变几何涡轮增压器喷嘴环叶片初步研究

对应用气动型与对称型喷嘴环叶片的车用可变几何涡轮增压器进行了研究。分别建立了两种喷嘴环三维模型,应用NUMECA软件对配置两种喷嘴环的涡轮进行了流场计算与分析。设计、加工了气动型叶片喷嘴环组件,分别将两种喷嘴环组件装配在同一台增压器上,进行了增压器涡轮性能对比试验。结果表明,气动型喷嘴环涡轮具有更宽广的流量范围,且效率更高。     

可变涡轮增压技术及其试验研究

论述了传统增压器存在的问题，可变涡轮增压器的工作原理及常见可变涡轮增压器流通能力的控制形式。分析了双叶片整体式轴向移动可变喷嘴废气涡轮增压器的结构特点及不同转 速下的喷嘴构成原理，并对采用不同叶位置的涡轮增压器进行了发动机性能对比试验。     

基于VGT的两级可调增压系统调节特性研究

利用两级可调增压器性能试验台,进行了基于VGT的两级可调增压系统调节特性试验,分析了高压级VGT叶片和高、低压级涡轮调节阀的调节能力和调节规律。结果表明,高压级VGT叶片调节能力是涡轮调节阀调节能力的2倍以上,低压级涡轮调节阀调节能力相对较弱。涡轮调节阀全关时,VGT叶片开度由20%增至100%,两级增压器总压比降低14.8%;VGT叶片开度60%,高压级涡轮调节阀由全关到全开,两级增压器总压比下降5.0%。     

叶顶间隙对车用增压器涡轮性能的影响规律研究

研究了叶顶间隙对乘用车汽油机增压器涡轮性能的影响规律。研究中设定3种类型的涡轮叶顶间隙变化,分别为单独叶片进口间隙变化、单独叶片尾缘间隙变化及叶片进口间隙与尾缘间隙同步变化,每种类型间隙设定了不同间隙尺寸,在稳态条件下对3种间隙进行模拟。结果显示:叶片进口间隙与尾缘间隙同步变化时对涡轮效率、输出功率及涡轮出口温度影响最大,单独叶片进口间隙变化的影响最小;叶片进口间隙与尾缘间隙同步变化对涡轮输出功率与涡轮出口温度的影响基本是单独叶片进口间隙变化和单独尾缘间隙变化影响的叠加;叶顶间隙对涡轮流通能力的影响不明显;随着间隙尺寸的增大,叶片通道后半部分叶顶附近总压出现高数值区域,涡轮出口马赫数增大,从而降低涡轮的工作效率。     

BMW公司320d型轿车用双功率涡轮增压柴油机

BMW公司开发了新型2.0 L 直列4缸柴油机。该发动机采用了电子控制可变喷嘴涡轮增压器,并与新一代共轨燃油喷射系统相结合,称为双功率涡轮增压柴油机。     

周向进气角对部分进气涡轮性能影响的数值研究

针对一种新型的部分进气可变截面涡轮增压器,采用数值研究方法对不同周向进气角涡轮的低速工况性能及内部流场进行了分析研究,掌握了部分进气涡轮的工作特性和内部流动损失机理,明确了周向进气角对涡轮效率和流量的影响程度,为实现增压器与不同类型发动机的匹配提供了依据。     

双通道蜗壳径流涡轮的设计与流动机理研究

低负荷下的扭矩对于小型发动机十分重要,其决定了汽车的驾驶性能。配有双通道蜗壳的涡轮已被证实在瞬态性能和气缸扫气方面具有极大优势。本研究通过数值方法,比较了不同部分进气条件下双通道径流涡轮的性能。设计了一个双通道径流涡轮,以达到某国外混流涡轮(带有可变喷嘴的涡轮A)的流通能力。借助软件ANSYS-CFX,采用稳态数值模拟方法来实现全部进气和部分进气条件下涡轮的性能预测。基于不同进气条件(叶根进气HI和叶尖进气SI)的性能比较结果进行流动机理分析。结果显示SI比HI具有更好的性能,且传递到叶轮的流动在通道内产生了完全不同的涡流结构。对于HI进气,产生于叶轮叶根处的涡流逐渐迁移到叶尖区域,而SI进气正好相反,这即是HI进气较SI进气具有更高流动损失和更差性能的原因。     

脉冲全周进气和非全周进气涡轮性能比较的数值研究

分别设计了全周进气双流道涡轮和非全周进气双流道涡轮,通过数值模拟,对两种结构进行了全工况性能分析。结果表明,非全周进气双流道涡轮的效率高于全周进气双流道涡轮。通过流场分析揭示了涡轮内部流动损失机理,从而了解两种结构对涡轮效率和输出功率的影响,为涡轮增压器的进一步开发提供一定的理论依据。     

可变涡轮增压器的模拟研究

利用一维仿真软件,建立某涡轮增压柴油机的仿真模型,与实验结果基本吻合,说明仿真结果具有一定精度。基于上述模型,对该涡轮增压柴油机与可变喷嘴增压器匹配进行数值模拟研究。其稳态工况性能模拟计算结果表明,该增压器与柴油机匹配良好,并可以有效改善发动机经济性,提高低速扭矩。     

针阀关闭时刻柴油机不同喷孔内流场的计算

基于开源软件OpenFOAM定义两种连续的网格运动使针阀完全关闭,分三步数值模拟针阀关闭时刻喷孔内的瞬态流场,模拟结果与S ．Jollet试验结果基本吻合。在此基础上研究喷孔结构参数对孔内流场的影响,计算结果表明,随着孔径的增大,喷孔内残余燃油内部有气泡形成;喷孔长度越短,喷孔内残余燃油内部的空气体积越大,形成的气泡越靠近压力室;K系数的减小有利于喷孔内气泡的产生。     

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。     

柴油机喷嘴空穴流动特性分析

利用混合多相流空穴模型进行了喷嘴内气液两相流动的数值模拟。分析了喷油压力、背压、喷嘴几何特征参数对喷孔内空穴流动、空穴区域分布的影响,以及各种参数对流量系数和燃油出口平均速度的影响。研究结果表明,无量纲空穴数直接影响喷孔内的空穴分布,而流量系数和燃油出口平均速度等流动特性则与喷油压力、喷孔入口圆角半径、喷孔倾角、针阀升程等几何特征参数有很大关系。     

基于马尔文法测量柴油雾化规律的实验研究

使用马尔文法测定在同一喷嘴孔径下不同启喷压力和同一启喷压力不同喷嘴孔径的柴油雾化特性,分析每个工况点的平均直径、特征直径、发散度、液滴尺寸数目分布,得到其变化趋势。结果表明:喷嘴孔径固定,增大启喷压力雾化效果变好;启喷压力固定,减小喷嘴孔径,雾化效果变好。     

平板断面风致振动的流场驱动机理分析

应用粒子图像测速技术分析了平板断面颤振过程中尾部旋涡变化过程,采用相位平均的方法研究模型周期性振动与旋涡规律性演化之间的关系。当风速低于颤振临界风速时模型尾部旋涡尺度较小,结构振动幅度较小,当风速接近颤振临界风速时尾部旋涡经历了能量从小涡向大涡的传递过程后由能量较大的旋涡控制结构振动,结构振幅明显增加,直到模型振动发散。结合计算流体动力学的数值模拟方法获得颤振时刻模型表面的压力场,采用本征正交分解技术分析模型表面压力的模态特征函数,并根据分析结果对模型表面进行合理分区,利用分块分析的思想研究颤振过程中气流能量输入特点。结果表明：在颤振过程中模型表面波动压力的主控成分向迎风端风嘴漂移;主控波动压力的漂移造成模型通过迎风端风嘴从气流中吸收大量的能量,在一个完整振动周期内,气流输入到振动系统的能量不断增加,而造成结构稳定性的丧失。     

柴油机非对称喷油嘴内部空化流动特性的数值研究

柴油机喷油嘴内部喷嘴流量和空化现象直接影响到燃油的喷射和雾化,进而影响柴油机的性能和排放。以两种非对称柴油机喷油嘴——小压力室喷油嘴(mini-sac)和无压力室喷油嘴(VCO)为例,通过Fluent软件对其进行空化和流量数值仿真,研究入口压力和背压参数对质量流量变化的影响。研究结果表明:在相同进出口压力下,mini-sac型喷油嘴各孔的流量均比VCO型的大;在较低和中等进口压力下VCO型喷油嘴各孔比mini-sac型更容易产生空化,而在较高的进口压力下这两种类型喷油嘴各孔产生空化难易程度基本一致;当进口压力不变时,随着出口压力的降低,在无空化产生时其质量流量与压力差呈线性关系;当空化出现时其质量流量继续增加,当出现超空化现象时该孔的质量流量不再变化;随着各孔的轴向夹角的增大,流量越小,空化越容易;对于这两种喷油嘴来说,只有mini-sac型孔3和孔4的空化出现在喷孔的上端和下端,其余孔的空化都只产生在上端。     

超高压共轨柴油机油气室匹配仿真研究

介绍了超高压共轨系统工作原理,基于Fire软件分别建立了进气道和燃烧室的仿真模型,并在利用试验验证了模型准确性的基础上,通过模型分析了油、气、室参数间的匹配关系对超高压共轨柴油机性能的影响,为进一步改善柴油机的性能和实现油、气、室参数间的优化匹配提供了理论依据。结果表明:在超高压喷射条件下,同一喷孔直径匹配的涡流比越大(1.21~3.62范围内),越有利于改善柴油机性能,并且喷孔直径越大,改善的效果越明显,当3.62涡流比匹配0.30mm喷孔直径时,可获得最高的平均有效压力,并且此时具有最好的排放效果;同一喷孔直径匹配的燃烧室口径比越小,越有利于改善柴油机性能,并且喷孔直径越小,改善的效果越明显,当0.75燃烧室口径比匹配0.23mm喷孔直径时,可获得最佳的动力性和排放性。     

喷嘴内燃油空化及影响因素的实验研究

柴油机燃油喷射雾化过程除受湍流和环境气体的空气动力学效应影响外,还与喷孔内空化有关,因此对喷孔内燃油空化和影响因素的研究有重要的意义。本文中设计了透明喷孔代替原柴油机喷油器的喷孔,采用高速数码相机和高放大倍数、高分辩率的长距离显微成像技术和纳秒级闪光灯作为相机曝光光源,获得了较高分辩率和清晰度的实验图像。对柴油机喷孔内燃油空化产生、发展和分布状态进行显微观测,直观展现喷孔内燃油空化及影响规律,获得了燃油空化过程的直观认识。结果表明,柴油机喷孔内空化流动情况比较复杂,影响因素较多,其中喷孔几何结构对喷嘴内空化过程影响最显著,喷孔内空化首先出现在压力室针阀附近,随后空化区域向喷孔出口处扩散、延伸,对于渐缩喷孔,空化形成受到抑制,而渐扩喷孔则有利于空化形成;减小喷孔直径,不利于空化形成。环境压力对空化起到抑制的作用,环境压力增大,也不利于空化形成。此外还对喷孔内空化强度进行量化描述,通过空化强度对实验获得的图像进行量化分析。     

喷嘴叶片形状的改善对涡轮增压器效率的影响

对涡轮增压器蜗壳内流场进行了三维CFD模拟,分析了蜗壳内的流动并找到了叶片造成流动损失的原因,然后引入双纽线流量计的工作原理对叶片尤其是造成流动损失大的叶片头部进行了重新设计,进而对新方案进行了CFD模拟和叶片的加工及整机试验,模拟和试验结果表明新设计的叶片对增压器效率有明显提高。