本文關(guān)鍵詞：軸流式渦輪排氣蝸殼內(nèi)部流動機理及優(yōu)化設(shè)計研究

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【摘要】：燃?xì)廨啓C在現(xiàn)代工業(yè)和交通領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用,排氣蝸殼作為燃?xì)廨啓C排氣系統(tǒng)中的重要部件之一,其氣動性能間接影響著渦輪部件的工作效率和下游部件的氣流流動狀況,因此,探究減少排氣蝸殼內(nèi)部流動損失的優(yōu)化設(shè)計方法對節(jié)能減排具有重要意義。本文選取一應(yīng)用于工程實際中的軸流式非軸對稱蝸殼為研究對象,通過數(shù)值模擬揭示了其內(nèi)部流動特征和主要損失來源,為了減少蝸殼的內(nèi)部流動損失,探索了不同的型線優(yōu)化設(shè)計方案,并構(gòu)建蝸殼優(yōu)化系統(tǒng),以進(jìn)一步改善其氣動性能。本文的研究工作主要包含以下幾部分:(1)探索原始蝸殼內(nèi)部流動規(guī)律。介紹排氣蝸殼的結(jié)構(gòu),構(gòu)建計算網(wǎng)格的拓?fù)?并驗證計算方法的有效性,通過對原始蝸殼內(nèi)部流動機理的分析,揭示了總壓損失的主要來源。結(jié)果表明,原始蝸殼性能較差,其流動損失主要來源于混合區(qū)中的低速流、集氣殼中的旋流、排氣道中氣流的摻混和擴壓結(jié)構(gòu)部分氣流的分離。(2)排氣蝸殼優(yōu)化設(shè)計方案探索。通過對蝸殼幾何結(jié)構(gòu)和流場的分析,驗證其存在優(yōu)化設(shè)計的空間,并探索了三種不同的優(yōu)化設(shè)計方法。數(shù)值計算結(jié)果表明,在設(shè)計工況,扭線設(shè)計、螺旋線設(shè)計和內(nèi)置分流層都能有效地提高蝸殼性能,使蝸殼的總壓損失系數(shù)降低,靜壓恢復(fù)系數(shù)提高。相對而言,螺旋線設(shè)計蝸殼的效果最為明顯,但其增加了蝸殼的徑向尺寸,因此,在空間尺寸嚴(yán)格受限制的條件下,內(nèi)置分流層不失為一種有效減少渦輪排氣損失并利于渦輪做功的方法。(3)構(gòu)建排氣蝸殼集成優(yōu)化系統(tǒng)。為了對蝸殼的性能進(jìn)行更細(xì)致的優(yōu)化,基于Isight的集成功能,構(gòu)建了蝸殼的集成優(yōu)化平臺。以總壓損失系數(shù)為目標(biāo)函數(shù),計算結(jié)果表明,在滿足不提高渦輪出口靜壓的前提下,優(yōu)化后的排氣蝸殼的性能得到提高,具有更加均勻的出口流場,擴壓結(jié)構(gòu)內(nèi)的低速區(qū)和高速區(qū)氣流明顯減退,二次流現(xiàn)象得以減弱。(4)渦輪與排氣蝸殼之間相互作用分析。通過對帶有最后一級渦輪的排氣蝸殼進(jìn)行全通道的非定常計算,并對結(jié)果進(jìn)行傅里葉分析,初步得到二者之間相互作用的機理。結(jié)果表明,蝸殼進(jìn)口不對稱的背壓分布對渦輪轉(zhuǎn)子葉片的作用要強于渦輪轉(zhuǎn)子與靜子之間的干涉作用。
【學(xué)位授予單位】：西北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TK473

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