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增压器压气机流动分析与改进设计

作　者: 李晓庆
导　师: 冀春俊
学　校: 大连理工大学
专　业: 流体机械及工程
关键词: 压气机叶轮数值分析改进设计变工况
分类号: TK423
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 243次
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内容摘要

柴油机是当今各种动力机械中热效率最高、应用最广泛的一种,在能源动力行业占有重要地位。涡轮增压器是柴油机的一个进气增压组合部件。目前,大多数船用柴油机都采用废气涡轮增压,这是提高柴油机功率、改善经济性、降低排放、减小机器单位马力体积和降低单位马力重量的最有效措施之一。现代柴油机对涡轮增压器性能的要求越来越高,而增压器性能的高低取决于各构成部件性能的优劣。本文的研究对象是某船用废气涡轮增压器的核心部件之一：离心式压气机。本文应用专门为透平机械开发流体计算软件NUMECA,建立了该离心压气机内部流场的数值模拟分析平台。通过变工况数值模拟与流动分析,发现其稳定工作范围窄,内部流动紊乱,扩压器内存在一个较大旋涡造成了大量流动损失,从而导致压气机效率偏低。针对以上问题,本文对压气机内部流场进行分析讨论,指出导致该压气机性能差的主要原因在于叶轮设计不合理。因此,本文应用商用设计软件对该压气机的叶轮进行重新设计,并通过三维CFD软件对多种设计方案进行检验计算,最终得到较优的设计结果。为了提高压气机的稳定工作范围,本文采用变工况性能较好的无叶扩压器与新设计的叶轮匹配。蜗壳仍采用原来的设计。新设计的叶轮、无叶扩压器和原蜗壳构成了改进后的压气机,经验证,它在设计点的各项性能参数均达到了设计要求,内部流场得到了很大改善,整机流动效率提高了4.09%,并且在设计转速下具有更为宽广的稳定工作范围。本文将为我国船用增压器的设计与研发提供理论与实践参考价值。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-14
  1.1 课题的研究背景及意义  8-9
  1.2 增压技术简介  9
  1.3 涡轮增压产业的发展概况  9-10
  1.4 CFD在透平机械中的应用  10-12
  1.5 本文的主要工作  12-14
2 数值计算方法  14-23
  2.1 流动控制方程  14-16
  2.2 湍流模型  16-17
    2.2.1 湍流模型概述  16-17
    2.2.2 湍流模型的选取  17
  2.3 离散方法  17-20
    2.3.1 控制方程的离散方法  17-19
    2.3.2 NUMECA时间推进法  19-20
  2.4 计算网格生成技术  20-22
  2.5 多重网格技术  22
  2.6 本章小节  22-23
3 压气机变工况数值模拟与流动分析  23-41
  3.1 几何结构简介  23-24
  3.2 计算模型  24-30
    3.2.1 计算网格  24-28
    3.2.2 计算设定  28-29
    3.2.3 收敛标准  29-30
  3.3 数值计算结果  30-33
    3.3.1 额定工况的计算结果  30
    3.3.2 变工况计算结果与性能曲线  30-33
  3.4 气机内部流动分析  33-40
    3.4.1 额定工况下压气机内部流动情况  33-37
    3.4.2 压气机流动效率低的原因分析  37-40
  3.5 本章小节  40-41
4 压气机叶轮的设计  41-50
  4.1 叶轮的计算机辅助集成设计系统  41-42
  4.2 设计软件简介  42-43
  4.3 压气机叶轮的初步设计  43-45
  4.4 压气机叶轮的详细设计  45-49
  4.5 本章小节  49-50
5 设计结果的数值模拟验证  50-58
  5.1 计算模型  50-51
  5.2 计算结果  51-54
    5.2.1 额定工况的计算结果  51
    5.2.2 变工况计算结果与性能曲线  51-54
  5.3 改进后压气机的内部流动分析  54-57
  5.4 本章小节  57-58
6 结论与展望  58-60
  6.1 全文工作总结  58-59
  6.2 论文工作展望  59-60
参考文献  60-63
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  63-64
致谢  64-65

增压器压气机流动分析与改进设计

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