基于FLUENT的车用涡轮增压器蜗壳内三维流场分析

• 作 者: 陈东
• 出 处: 天津大学
• 发表日期: 2012年期
• 关键词: 汽油机小型化 涡轮增压 蜗壳流场 CFD计算

目前，能源与环境的形势日益严峻，对于发动机的节能减排也就提出了更高的要求。采用涡轮增压技术来实现汽油机小型化是现代车用发动机研究的一个重要方向。涡轮增压器是涡轮增压技术的核心部件，而涡轮增压器蜗壳内的气体流动影响着整个涡轮增压器的工作效率，因此，对蜗壳内的气体流动进行细致的研究是十分必要的。本文在国内外对蜗壳流场研究分析的基础上，对涡轮增压器的蜗壳在发动机不同转速及不同废气成分下的工作状况进行了模拟计算。本文是围绕Ricardo E6单缸机进行的，首先对该自然吸气模式的单缸机进行涡轮增压器的选配计算，通过计算以及与厂家的沟通，最后选定HoneywellGT2052型涡轮增压器为计算模型。在AVL-Boost软件中建立起单缸机的原机模型，并进行了热力学计算。同时对该单缸机进行了外特性试验，将试验数据与计算结果进行对比分析发现，二者误差在2%以内，证实了原机模型的真实可靠性。再在原机模型的基础上，根据厂家提供的涡轮增压器的参数，加装了涡轮增压器元件，对改进后的涡轮增压模型进行热力学计算后得到蜗壳入口及出口处的温度、压力以及质量流量等数据，为蜗壳内部流场的CFD计算提供了边界条件。通过Pro/E软件对涡轮增压器的三维模型进行处理，抽取出蜗壳内的流道部分作为计算研究区域。接着把模型导入到GAMBIT中进行了网格的划分与处理，最后将网格模型导入FLUENT进行CFD计算，对比分析了不同转速下以及不同废气成分时蜗壳内部流场的分布情况。计算结果表明用FLUENT对蜗壳内部流场进行数值计算是完全可行的。通过对比分析得出了蜗壳效率与发动机转速间的初步关系，并研究了发动机废气的热力学性质对于蜗壳流场的影响。为蜗壳设计的改进与优化都提供了依据。