柴油机可变截面涡轮增压器内流场仿真分析.pdfVIP

柴油机可变截面涡轮增压器内流场仿真研究 摘 要 涡轮增压器是柴油机的重要组成部分，其性能好坏对汽车的动力性、燃油经济性 和排放影响很大。随着社会对能源及环保越来越关注，研究者在传统涡轮增压器基础 上提出了可变截面涡轮增压器（VGT ），该涡轮增压器可通过调节喷嘴环叶片开度来 满足车辆低速、高速和加速工况等不同工况下柴油机的最佳性能需求，已成为柴油机 工程领域的研究热点。 本文以某柴油机用VGT 为研究对象，应用CATIA 软件建立其流场三维模型。基 于计算流体力学(CFD)，运用CFX 仿真软件对不同喷嘴环叶片参数的涡壳内部进行了 仿真研究，揭示了蜗壳内场的流体运动特性和变化规律，研究了柴油机不同工况下与 VGT 的匹配问题。对比仿真计算结果与涡轮增压器实验数据，误差范围在10%之内， 验证了CFX 模拟仿真研究的正确性和可行性。通过改变叶片高度和长度分析喷嘴环 出口面积变化和蜗壳内流场分布，得出了最优的叶片高度和长度。柴油机固定转速、 不同喷嘴环叶片开度的仿真结果表明：可通过降低蜗壳入口至蜗壳圆弧的曲率变化来 优化蜗壳型线；可通过优化叶片头部型线来减小喷嘴环叶片头部的迎风面积；可采用 弯翼叶片减少蜗壳内存在的气体滞止现象，减小流量损失。6 种不同叶片开度的仿真 结果表明：低速工况时，应减小喷嘴环叶片开度，增大涡轮转速；高速工况时，宜增 大喷嘴环叶片开度，防止涡轮超速现象；加速工况时，需调节喷嘴环叶片开度，以减 少涡轮延迟现象。 本文所采用的研究方法可推广至各类涡轮增压器的研究过程中，所得出的结论可 为VGT 结构设计和控制策略研究提供指导。 关键词：可变截面增压器（VGT ），计算流体力学(CFD)，CFX，增压器匹配 I A SIMULATION ON INTERNAL FLOW FIELD OF VARIABLE GEOMETRY TURBOCHARG USED IN DIESEL ENGINE ABSTRACT As an important part of diesel engines, the turbocharger affects on the tractive power, economical efficiency and the emission of a vehicle. With the increasingly attentions to the energy saving and environmental protection, the variable geometry turbocharger (VGT) has been proposed and designed by some researchers based on the traditional ones. The VGT, which can be used to adjust opening angle of the nozzle vane for satisfying different working conditions of a diesel, such as those of low-speed, high-speed and acceleration, has become one of the active topics in the area of diesel engineering. Focusing on a VGT used in a sample diesel, firstly, this thesis established a 3-D numerical model of the VGT by using the CATIA software. According to the theory of computational fluid dynamics (CFD), the CFX software is applied to s