稳流气道试验台叶轮最佳位置研究.pdf

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1、内燃机与配件2010年第5期稳流气道试验台叶轮最佳位置研究RESEARCHoNTIIEBESTPoSITIoNOFIMPELLERoNSTEADYFLOWTESTBENCH柯凤琴许海东宋松松娄宗勇(承德石油高等专科学校)[摘要]稳流气道试验中，叶轮在气缸套中安装在(1．5-1．75)气缸直径范围内；该范围为传统经验值，缺乏理论依据。利用流动仿真研究缸内流场，结果表明在距离气缸盖下表面约倍气缸直径截面处，缸内流场开始稳定。结果表明，将叶轮安装在该位置可以测得较真实的试验值。[关键词]稳流气道试验台叶轮最佳位置气道稳流试验是在稳压流动的条件下测量缸内进气涡流强度、进气

2、道阻力特性的试验，气道稳流实验装置是评价螺旋进气道流动特性的实验装置。气道稳流试验台结构布置如图l所示。田1进气征疆流试验襄IF．叼．1Experimentaldevicefor毗eadyflowtestofintakepassage1、缸盏2、模拟缸筒3、风速计4．光电式计数嚣5，压力计6、孔板流■计7、稳压箱8、膏压膏心风机9、旁通两在通常进行的气道稳流试验中，当气门固定在某一升程下，缸内压力稳定时，叶片转速、缸内与大气压差和△P流量计压差△日将保持不变，记录这些数据，处理后可以得到相应的涡流比。在试验过程中，风速叶片仪的安装位置对计算结果有很重要的影响。位置

3、过于靠近气缸盖下表面，则缸内流动还未稳定：过于远离气缸盖下表面，则流动速度过小使计算结果不准确。所以．风速仪最好安装在缸内气流刚好开始稳定的横截面处。但是实际稳流试验时，风速仪安装位置是由试验人员根据经验来确定，缺乏理论依据。因此，本文通过分析缸内流场的实际流动规律．确定流场的最初稳定流动位置；从而为试验中叶轮的安装位置提供理论依据。1边界条件的选取在模拟计算中。边界条件的选取对结果影响重大。经过对实际情况的分析，决定利用给定进出口不同压力差来模拟不同发动机转速情况。考虑发动机工作时，缸内外实际压力差在某一个范围之内；本次研究首先确定模拟时的最大进口、出口压力差。

4、然后在此范围内选取不同压力差来模拟发动机的不同转速下的流动情况。若流动过程中开口系统内部及其边界上各点工质的热力参数及运动参数都不随时间变化．这种流动过程称为稳定流动过程。则有稳定流动能量方程。Q=H广月≯÷删22-}mvl％mgAz+Wi厶二式中Q——热能∽；日l——进1：3处焓m；日厂出VI处焓∽；弦一流人气缸内气体质量(k曲；秽I——进口处速度(m／s)；t7广出口处速度(m／s)；△z——高度差(m)；形广一对外做功(W)。根据实际流动情况．对上式进行简化得到公式：1Q=日l胡2+÷砌22‘由焓的定义得到公式H产以印in：柯风琴许海东宋松松娄宗勇：稳流气道

5、试验台叶轮最佳位置研究2l：式中以(扛l，2)——热力学能∞，；pi(扛l，2)——压力(Pa)；Vi(i=l，2)——比容(m3／kg)。秽2可以看作活塞移动速度，则有公式秽产2淞式中n——发动机转速(r／s)：s——冲程。考虑柴油机最大转速的限制，选定最大转速为3000r／min计算最大的压力差。根据此转速计算出的缸内最大压力差为16000Pa。由于计算出的理论压力差值很大．根据现有试验条件无法按照其值进行操作。所以为了能够与试验环境尽量相符。在最大压力差范围内。从6500Pa到2500Pa均匀选取5个压力值模拟对应转速下的缸内流场。2模拟计算气流进入气缸后随

6、着距离气门距离越来越远。流动逐渐稳定：当主、副两个涡流变成一个大尺度涡流团时。就可以认定缸内流动已经处于稳定流动状态。在分析距气门不同距离横截面流动现象时发现．在距离气门123mm附近处．从压力等值线分布图可以看出涡流已经由两个变为一个。但是此时速度图像显示仍有一个微小的涡流团。继续分析123mm以下的横截面图像发现大尺度涡流团所包含的等压线越来越多，其中心区的等压线逐渐越来越圆润：并且速度图显示副涡流团逐渐变小直至消失。圈2藏场稳定时速度场和压力场IAp=6500Pa)F．叼．2Thevelocityfieldandpressurefiel0whenflowfi

7、eldisstable(1Ap=6500Pa))圈3菠场稳定时速度场和压力场(Ap--fS∞Pa)F吨．3TheVe-oc时fieldandpressurefieldwhenflowfieldisstablelAp=5500Pa)圈4骧场稳定时速度场和压力场(Ap--4500PalF．叼．4Thevedoch'yfieldandpf'(糙urofieldwhenflowfieldisstable(Ap--4500PaJ圈5淹场稳定时速度场和压力场fAp--3500Pa}Fig．5Thovelocityfieldandpressurefieldwhenflowfie

8、ldiss