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1、工程热物理学报,第卷第期叮,年」电动增压器流量特性的测定与数值分析姚春德周红秀任美林,大津大学内燃机燃烧学国家重点实验室天津。摘要应用计算流体动力学方法对研制的电动增压器的压气机整机进行了三维湍流流场模拟计算计算中对压气机实,一一体模型进行适应性很强的非结构三角网格划分采用双方程湍流模型模拟时均方程利用热线风速仪对电动增压器出口截面的流量特性进行了测定。将计算的压气机出口流量特性以及速度场分布与实验值进行,,。比较结果基本吻合这对电动增压器的结构设计优化具有重要的指导作用关键词流量特性电动增压器内流场
2、湍流中一一一图分类号文献标识码文章编号一一一七。仃,万,,乃勃一一一饰一、引言器结构优化提供指导作用,并降低设计开发成本。众所周知,随着增压程度的提高,涡轮增压器实验设备及测量方法对,于柴油机突然加速的响应滞后愈加明显进入气缸中的空气量跟不,实验设备上加油量的变化速率造成烟度,。排放的增加川从而严重污染城市的环境针对这测定仪器主要包括恒温热线风速仪、计,、一,一问题研制由高速电动机独立驱动的增压器对增算机自动控制坐标架系统如图,。,压柴油机在加速过程中实施瞬态快速补气改善其所示将电动增压器在台架上固定
3、好使压气机出,。,。加速性能降低烟度排放气口竖直向上调整端面水平探针垂直于出口端目前国内外对于压气机的叶轮、扩压器、涡壳面,在相互垂直的内直径上测量射流速度。将已经的三部分内部流场的实验研究和数值计算已有大量标定好的一型单丝热线探针固定在三维,。的文献报道,但都没有达到非常满意的程度自动坐标架系统。该坐标架系统是配合以及,对于新研制的电动增压器从试验测量和数值计算两软件可以通过计算机在三个方向上的,,方面进行研究掌握其内部流场分布及出口流量特精确移动以及定位探针实现试验远程控制及完成性,为与柴油机加速
4、匹配提供依据,而且为电动增压实时测量。一一一收稿日期修订日期不基金项目国家自然科学基金资助项目一,,,,,、。作者简介姚春德男安徽合肥人教授博士主要研究方向为内燃机工作过程废气净化及代用燃料期姚春德等电动增压器流量特性的测定与数值分析格总数约为,边界条件由试验测量数据给定。万三维自动坐标架系扩七实验与计算结果分析压气机出口流场测量时发现速度的最高点出现在区,而计算机。,。最低点出现在区测试结果如图所示图。,。恒温。比较变频器中以为原点图中以为原点热线风速仪,口图与图在相同转速下在压气机出处轴图电动增压
5、器流量特性测定示意图向,都成双驼峰形状。随着叶和径向速度断面对称,口测方法轮转速的增加压气机出处轴向和径向速度相应的增加。高速无刷变频调速电动机的转速范围为、,所,以选择,,,,,种工况进行稳态速度的测量。高速电动机的转速通过变频器改变其频率进行控制。在每个工况下选定在两个相互垂直方向一一。。轴向和径向的直径上分别测量流,。升,升的方向,速测量时探针依运动如图所示。应用软件模拟计算出压气机出日,。升斗,速度等值图如图所示图中的歹。,月对应着图压气机出口的位置由于篇幅限制只〕卜列出转速为和两种工况一勺国
6、。」出口截面速度等值图对照图和图《可以看犷出叶轮转速越高其出口速度梯度越大,即速度分布越不均匀。对照图与图,其计算值和试验测量,,。图压气机出口速度测量位置值基本相符从侧向侧半环状逐渐降低,其计算速度值大小也分别在相同的转速下数值计算,如在时测量值最与实验测量值相近大,,进行定常速度在径向上为最小速度在轴向上为假定介质为理想可压气体可压缩三,、,,一计算值在相应的位置最大为最小值维勃性分析应用双方程湍流模型模,。一,,拟时均雷诺方程应力项图固壁上采用无滑移为而最小值出现在区条件和标准壁面函数法。首先对
7、压气机整机进行实体建模,包括压气机,,无叶扩进气道带分流后弯叶片的半开式叶轮压器及涡壳四部分。其几何参数有叶轮出口直径为,扩压器出口直径,工作叶轮口口,出宽度和扩压器出宽度如叶,叶片数,,轮高度为为长叶片为分流叶片为,与长叶片形状相同,分流叶片位置在距。叶轮进口处开始长短叶片相间分成雨图压气机出口速度等值分布曲线单位道。由,于压气机结构比较复杂将整体分为四个部压气机的流量测量值是对测定的速度截面进行,,网。,分采用自适应性很强的非结构三角网格划分积分得到的对照实验测量值和三维数值计算值工程热物理学报卷
8、,随着转速的增加在各个转速下两者基本相符呈线性增加,如图所示。︸︶﹄‘内乙︺一,一计算值。测量值踢酬喇鹤召国。叶轮进口处距进口距进口图压气机叶轮雨道不同截面主流速度等值分布曲线声为,压力面为吸力面由于无叶扩压器出口比扩压器进口的面积要大,静,,压力沿径向逐渐增大气流的速度逐渐减小图中可以看出。进入扩压器后,由于流动粘性的压气机转速八作用,流体内部经历了相,互掺混均匀化和能量相图压气机出口流量特性、,互传递重新分布的过程到扩压器出口处气流趋压气机内部流场于
