径流/混流涡轮性能及流动损失机理对比

针对径流涡轮高效运行域相对狭窄,无法适应发动机变海拔运行时对涡轮宽域高效运行范围的需求问题,结合试验和仿真方法对比分析了相同流通能力的径流涡轮与混流涡轮的性能特征与流动损失机理,结果表明:混流涡轮效率较径流叶轮全工况下平均提高4.5%,且混流涡轮性能随着负荷变化的趋势更为平缓,全工况下效率变化范围较径流叶轮下降30%~50%.损失分布研究表明,混流涡轮在叶尖附近区域损失较径流叶轮下降约60%.流动机理分析表明,不同负荷下混流叶轮的气流角分布更为均匀,尤其是低负荷时叶尖附近的气流角较径流叶轮明显降低,叶尖泄漏涡的尺寸和造成的损失大幅下降,因而混流涡轮的低负荷涡轮性能明显改善,变工况适应性有效提高.

涡轮增压器轴向力变化规律试验与仿真

提出一种基于悬浮式设计的涡轮增压器轴向力测量方案,解决涡轮增压器轴向力测量范围窄和零点漂移问题,通过试验测量了增压器转子轴向载荷。进一步建立包含轮背间隙、密封环间隙的增压器压气机和涡轮仿真分析模型,基于试验结果验证模型的可靠性,并应用该模型研究揭示了增压器压轮和涡轮轴向力随工况的一般变化规律。研究结果表明:外吹状态时,在同一转速下增压器转子轴向力值随压气机端质量流量的减小而增大;自循环状态时,在转速低于额定转速时,增压器转子轴向力随转速的增加而增大,在转速高于额定转速时,增压器转子轴向力随转速的增加而减小;同一转速下,除喘振点附近,压气机轴向载荷随入口质量流量的减小而增大,涡轮轴向载荷随涡轮入口质量流量的增加而增大;压端和涡端轴向载荷最大的两个区域均为叶轮背盘和叶轮轮毂,且两区域轴向载荷方向相反。

压气机气动噪声影响规律试验研究

涡轮增压器广泛应用于汽车、轮船等领域,随着增压器工作转速不断提高,增压器压气机气动噪声问题日益突出。针对某车用涡轮增压器搭建了增压器噪声测试试验台架,在增压器加速和稳态工况下开展了噪声测试试验研究。试验结果表明:在中高流量区域,转速低于80000 r/min时,压气机进口气动噪声中随机噪声占主导地位,相同转速下随着流量增加,叶片通过频率噪声与总体噪声均先减小后增大;转速高于80000 r/min时,压气机进口气动噪声主要由叶片通过频率噪声与锯齿噪声主导,相同转速下随着流量增加,叶片通过频率噪声先增大后减小,总体噪声减小;接近喘振点的小流量高压比区域,叶尖间隙噪声与随机噪声占主导地位。

进排气压力对气门式二冲程柴油机扫气过程的影响

为深入理解气门式二冲程发动机的扫气过程,以顶端入口进气道气门式二冲程柴油机为研究对象,在1 500 r/min转速下采用三维仿真研究了扫气过程中进排气压差和排气背压对缸内气体流动的影响机理。结果表明:由左侧进气道流入气缸的新鲜充量形成逆滚流,其前锋面抵达排气门之前经右侧进气道流入气缸的新鲜充量主要影响排气纯度,而在之后排气纯度明显增加;压差从30 kPa增加至210 kPa时左侧排气道排气纯度增加,在中低压差下右侧排气道排气纯度较高,扫气品质系数先从0.61降低至0.52,之后增加至0.56且保持不变;定压差和背压从100 kPa增加至190 kPa时排气纯度接近,而扫气效率增加较慢,扫气品质系数从0.55降低至0.53。

脉冲来流下蜗壳几何参数对涡轮流动特性的影响

为了探明脉冲来流下蜗壳详细设计参数对转子进口流动时空变化及气动性能影响机理,提高涡轮效率,采用三维非定常数值模拟方法,研究了蜗壳出口半径、蜗壳截面形状和进口导管角对涡轮流动特性的影响。结果表明:蜗壳出口半径增大,可以有效抑制蜗舌引起的周向畸变,在脉冲波峰时刻降低蜗舌附近叶片吸力面熵产率,在脉冲波谷时刻降低叶片压力面熵产率,可提高涡轮气动性能;梨形截面蜗壳优于圆形截面蜗壳,降低了蜗舌处熵产率;进口导管角主要影响蜗舌处的气体流动,导管角增大使蜗舌处流动畸变增强,并使得蜗壳等效A/R值增大,质量流量(MFP)增加。

进口旋流条件下径流涡轮性能异化机制研究

可调两级增压系统中的低压级涡轮受高压级涡轮及上游管道的影响,其进口流场存在较强的旋流,进而该涡轮性能较均匀直流进气条件时呈显著异化现象。针对该问题,本文基于旋流发生器手段,开展进口旋流条件对径流涡轮性能影响的机制研究。结果表明,旋流改变了涡轮进口处的流场分布形态,并在蜗壳通道内产生周向畸变,从而改变周向上各叶轮进口的气流分布,造成蜗壳和叶轮内的显著流动损失异化。随着旋流强度的增大,涡轮效率的下降幅度越大,最大下降约4.1%。该研究探明了不同进口旋流条件下径流涡轮性能的异化机制,为两级可调增压系统高效涡轮设计提供了理论参考。

电机外置式电辅助增压器设计与试验研究

电机外置式电辅助增压器几乎不改变传统涡轮增压器结构,具有电动化改造简单、电机热负荷小等优点,是电辅助增压的重要技术路线之一。针对电机外置式电辅助增压器,开展了基于加速性能的高速永磁电机与涡轮增压器匹配方法研究,设计了超越离合器结构以实现高速电机与涡轮增压器之间的连接与断开,建立了电辅助增压器转子轴承系统动力学模型并进行了转动稳定性分析,完成了电机外置式电辅助增压器的集成设计与样机试制。基于电辅助增压器样机开展了加速响应性研究,试验结果表明,在电机辅助下增压器加速响应时间缩短25.9%。

电动增压动态响应特性试验研究

为了探明电动增压器响应规律,开展了动态工况下电动增压器电学参数、转速及进出口压力变化规律的试验研究。试验结果表明:电动增压器电流响应时间为毫秒级,目标转速突变时相电流有效值呈阶跃变化;转速和压力的响应时间均为秒级。升速情况下,不同转速变化范围时相电流有效值的响应规律近似,因而相电压、转速、压力等参数的变化曲线均部分重合。转速升高范围较大时转速和压力出现超调现象,说明电动增压器应视为二阶或高阶非线性系统。降速工况下,转速变化范围会影响相电流的动态变化规律,且同样转速变化范围下降速工况的响应时间明显长于升速工况,这体现出升速和降速工况下不同的控制策略。针对电动增压器喘振工况这一特殊不稳定工况开展了动态试验研究,发现相电流有效值、转速、压力均存在显著的喘振频率分量,而相电流的瞬时值没有喘振频率分量。

基于X型恒温热线风速仪的径流涡轮入口旋流试验研究

两级可调增压系统具有高度结构紧凑性,系统间存在气流相互干涉产生的强耦合作用,从而导致涡轮性能发生变化。从可调两级增压系统级间流场测量手段展开论述,详细探究了涡轮入口流场测量方法,设计了一种基于X型恒温热线风速仪的全自动步进测量方法,测量了35°旋流发生器在径流涡轮入口处产生的旋流。测量结果表明,随着质量流量的改变,旋流角的大小与旋流发生器叶片偏转角度保持一致,稳定在35°~36°之间,旋流的轴向速度与切向速度变化趋势相同,由管壁向管道中心逐渐增大且在圆心处增加至最大。该研究验证了X型二维热线测量涡轮入口旋流的可行性和精确性,为两级可调增压系统管内流动测量方法及管路结构优化设计提供了参考。

碳烟颗粒沉积对管排换热器性能影响及优化

针对内燃机排气碳烟沉积、导致换热器的换热性能大幅降低的问题,本文建立了包含碳烟颗粒沉积与移除机制的数值模型,基于管排换热器沉积分布特性,研究了换热管形状及布置方式对碳烟沉积特性以及换热压降性能的影响规律。结果表明:沉积层达到动态平衡的时间随椭圆管轴长比增大而增大,与圆管结构相比,合适的椭圆管结构能够抑制碳烟沉积引起的换热性能下降;在无碳烟沉积时叉排结构换热压降性能优于顺排结构,但碳烟沉积对叉排换热器性能影响极大,考虑沉积后叉排圆管性能恶化82.53%,其性能反而远差于顺排结构;在考虑碳烟沉积的情况下,顺排轴长比为0.8的椭圆管结构的平均换热压降性能与顺排圆管和叉排圆管相比分别提高了51.63%和223.31%。