向心涡轮可调导流叶片设计及内部流场分析.pdf

《向心涡轮可调导流叶片设计及内部流场分析.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、向心涡轮可调导流叶片设计及内部流场分析任勇勇2016年1月中图分类号：TK421.8UDC分类号：621.5向心涡轮可调导流叶片设计及内部流场分析作者姓名任勇勇学院名称机械与车辆学院指导教师杨策教授答辩委员会主席马朝臣教授申请学位工学硕士学科专业动力工程及工程热物理学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2016年1月DesignoftheVariableGuideVaneoftheVariableNozzleRadialTurbineandStudyonFlowCharacteristicsCandidateName：RenYongyon

2、gSchoolorDepartment:MechanicalEngineeringFacultyMentor:Prof.YangCeChair,ThesisCommittee：Prof.MaChaochenDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor：PowerEngineeringandEngineeringThermophysicsDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：January，2016北京理工大学硕士学位论文摘要涡轮增压技术

3、是实现发动机节能环保的关键技术之一，尤其是装有可调导叶向心涡轮的增压器由于可以在全工况内实现和发动机的良好匹配，已经成为提高发动机动力性和燃油经济性的基本技术途径。在发动机低转速时，可调导叶向心涡轮往往处于导叶小开度工况，因此导叶小开度时可调涡轮的整级效率以及其内部流动特性成为研究人员目前重点关注的对象。此外，在导叶小开度大膨胀比下，如发动机刹车制动工况下，导流叶片尾缘附近容易形成激波，激波会诱导下游涡轮叶片发生高周疲劳断裂。目前，针对导流叶片内部流动的研究主要集中在导叶间隙泄漏流以及其对涡轮性能的影响，对导流叶片的设计以及导叶尾缘激波

4、的弱化研究较少。在可调导叶向心涡轮中，应用气动性能更好的导流叶片，提高涡轮整级效率以及减弱导叶尾缘激波强度是本课题研究的初衷。针对可调导叶向心涡轮由于导叶段过度加速而引发的强激波和端壁泄漏损失，设计了一种具有后加载特性的导叶，并在整级环境下对其气动性能进行了研究。首先将原模型导流叶片小开度下数值计算与实验结果相对比，验证数值计算的有效性，然后分别将原模型和新模型进行了定常/非定常计算，并对两种模型进行内部流场分析。本文设计了一种后加载叶型。数值结果表明：与具有前加载特性的原始叶型相比，后加载导叶可通过降低导叶端壁泄漏涡强度来减小导叶段总

5、压损失，来减小导叶段总压损失，提高涡轮级效率；因后加载型导叶在导叶段流域内速度梯度变化较为均匀，减弱了导叶通道喉部激波和尾缘激波；导叶间隙泄漏流的减弱和尾缘激波的消除使得转子叶片表面静压波动强度有较大程度降低，增加了转子叶片的可靠性。在设计叶型的基础上，重点研究了导流叶片吸力面形状对涡轮性能的影响。通过对设计叶型吸力面型线改型，研究了导叶吸力面前缘外凸与吸力面尾缘内凹两种情况。结果表明：随着吸力面前缘外凸或者尾缘内凹程度增大，导流叶片的加载形式发生改变，导叶叶端间隙泄漏损失增大，涡轮级的效率下降，说明吸力面趋近于平直形状时的涡轮性能较好

6、。关键词：可调向心涡轮；激波；后加载；间隙泄漏I北京理工大学硕士学位论文AbstractTurbochargingisoneofkeytechnologytorealizetheengine'senergy-savingandenvironmentalprotection,especiallyfortheturbochargerwiththevariableguidevanes,whichcanbematchedwiththeengineinthefulloperatingconditions,hasbecomeabasictechni

7、calapproachtoimprovetheengine'sdynamicperformanceandfueleconomy.Whentheengineworksinthelowspeedrange,correspondingopeningangleofthevariableguidevaneissmall.Theinvestigationsontheefficiencyandinternalflowofturbinestageinthesmallopeningofthevariableguidevanehavebeenpaidwid

8、elyattentions.Additionally,inthebrakeconditionofengine,theopeningoftheguidevaneissmallandtheexpansionra