某型增压器混流涡轮流场数值模拟.pdf

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1、房桐毅田文凯王澄宇王焱：某型增压器混流涡轮流场数值模拟5某型增压器混流涡轮流场数值模拟NumericalStudyAboutFlowFieldofMixedFlowTurbineUsedforTurbocharger房桐毅田文凯王澄宇王焱(大连玉柴涡轮增压技术研发中心有限公司)[摘要]采用TurboGrid对某混流涡轮流道进行网格划分，基于有限元的有线体积法对空间进行离散，采用全隐式耦合求解方法，对三维可压缩流雷诺平均N—S方程和标准k一￡湍流方程进行求解，得出设计工况流场流动特性，结合S3流面的

2、二次流线图，分析了通道涡、角涡、顶隙泄漏涡以及尾缘涡随着流动的发展及耗散过程，描述了轮毂和动叶表面流的流动特性和表面流来源，描述了顶隙泄漏流及尾缘径向窜流的产生过程和流动特性，给出了熵值在转子出口处的分布特点，损失产生的主要因素，结合s1流面的参数分布特点，对子午流道设计的合理性进行评价。[关键词]混流涡轮数值模拟二次流表面流Abstract：MeshingflowchannelofthemixedflowturbinewithTurboGird．discreditedspatialdo-main

3、withanelement—basedfinitevolumemethod，basedonthree—dimensionalcompressibleReynoldsAverageN—SEquationsandstandardk一￡dualequationsturbulentflowmodel．anumericalstudyofflowfieldatdesignpointiscarriedoutwiththefullyimplicitcouplingsolution，combinedwiththeg

4、raphsofsecondaryflowofS3streamsurface．analysisthedevelopmentanddissipationprocessofthepassagevertex，cornervertex，leakagevertex，tailvertex，describedthesurfaceflowfeatureofthehubandtherotorblade，describedthegeneratingandtheflowfeatureoftheleakageflowand

5、thetrailingedgeradicalcrossflow，thenshowtheentropygraphatthelocationoftherotoroutlet，pointoutthemainfactoroftheloss，assesstherationalityofthemeridionalchannel．Keywords：MixflowturbineNumericalsimulationSecondaryflowSurfaceflow1引言近年来，随着发动机升功率的不断提高以及排放法规

6、的严格限制，人们对涡轮增压器的性能要求也越来越苛刻，在增压器尺寸尽量保持不变的情况下，要求更高的效率以及更大的通流能力，使得增压器不断向高速大容量化发展。为了兼顾增压器尺寸、效率以及流量等因素，混流涡轮被应用于中小型增压器。对混流涡轮的研究始现于小松制作、ABB、Garrett以及石川岛播磨等公司，并在80年代起成功运用到增压器上。国内也有一些学校如北京理工大学¨‘3’及科研单位如七零所¨3对混流涡轮进行了不同方面的研究。Bernhardt等人对混流涡轮在脉冲条件下的运行特性进行了研究"]。现有的

7、研究结果表明，混流涡轮的叶片负荷以及通道内气体脱流的情况要优于径流式涡轮，虽然已经受到普遍的重视，但由国内发表的文献来看，对其内部流动现象的研究并不多见，远少于径流和轴流式涡轮。本文对混流涡轮内部的流动进行了数值模拟，得出了流道内部三维流场特性，对各个涡的发展耗散过程及表面流特点进行了详细描述，并对其造成的损失进行分析。2数值方法及计算网格采用基于有限元的有限体积法描述控制方程，利用CFX求解器对方程求解，其在笛卡尔坐标系6内燃机与配件2015年第1期甲表达瓦为：船渤+姐氓=o去姐幽+姐U如i警№

8、+』SU膨一p+乒∥c考+(2)去沁霉如+姐h岫i=＼r酊警dnj+弦如(3)其中：恤为粘性系数；F为扩散系数；s为源项；ni为控制体表面外法线单位向量；体积分表示源项和积累项；面积分表示通量总和。湍流模型设为标准k一￡模型，应用高分辨率格式离散对流项，采用一阶迎风格式离散湍流项，边界层采用自动壁面函数处理，采用全隐式耦合求解方法，以平均残差为收敛标准，收敛精度设为10—6e，计算时间步长按I／10取定，∞为转速，单位rad／s。图I喷嘴环及转子几何模型图250％叶展流遭网格几何模