废气颗粒物含量对增压器涡轮工作特性的影响研究

• 作 者: 孙艳妮
• 机 构: 西安理工大学
• 出 处: 西安理工大学
• 发表日期: 2017年期
• 关键词: 涡轮增压 柴油机 气固两相流 混合模型 流场仿真分析

随着国内外能源问题的严峻以及对环保问题的重视,车辆使用发动机增压技术降低油耗、减少排放污染成为节能减排的主要形式之一,而废气涡轮增压十利用发动机运转从产生的废气直接作为动力,可以更好的利用废气能量。对于以往的研究只考虑了废气为气体,但是在实际的工作中,发动机在转速较低的情况下,燃料燃烧不充分,废气中会存在少量的碳颗粒,所以本文的研究考虑到了尾气中少量的碳颗粒。由于实验方法研究增压器内部流场需要较大成本并且对实验结果的提取难度较大,因此采用软件仿真研究涡轮增压器涡轮端内流场对进一步的结构优化设计具有重要意义。此文以国内外实验研究的数据和有关的涡轮增压器流场仿真为基础,在发动机不同转速时,燃烧情况不同,废气中固体颗粒的含量会不同,因此对不同转速下涡轮端的流场进行分析研究。着重研究涡轮增压器涡轮端稳态流场。利用专业的叶轮与蜗壳结构设计软件CFturbo进行涡轮端的三维建模,通过研究涡轮端内流场计算的流动模型、控制方程、混合模型等基本理论,确定了其内流场的理论研究方法,并建立了内流场计算的几何模型。给定场仿真分析的边界条件,利用流体仿真分析软件Fluent分析从低转速到高转速三种情况下涡轮增压器涡轮端内流场的分布特点。仿真分析结果显示,整个流场区域流体流动均匀,在柴油机低转速工况下,在涡轮端进口处到蜗舌截面之间,流体的速度值和温度值在壳体近壁面处有较大的降低,壳体壁面对气体的吸附性比较严重,这与壳体材料种类以及材料表面加工制造的光滑度有很大关系;在涡轮工作轮流场区域,因为在转速低的状况下,发动机的燃烧不充分,固体颗粒的含量相对比较大,导致废气气流不稳定,气体运动相对复杂,在旋转流场区域的速度变化比较大,涡轮流场域仍存在小范围旋流,废气流体有较小的能量损失。当转速升高,燃烧比较充分,废气中的固体颗粒含量很少,这时废气流与纯气体时的变化相同,涡轮流场的变化特性和纯气体时基本相同。说明为了进一步降低流体的能量损失并且减小变化范围,对涡轮的造型仍然有优化改进的空间。本文为涡轮增压器的动力输出端一—涡轮端的优化设计提供了重要的参考。