針對某柴油機用可調渦輪在低速工況下的低效強激波特征,提出并設計了一種分體滑動導葉,并在10%、40%和100%3個典型開度下進行了定常/非定常數(shù)值計算。結果表明:分體滑動導葉在小開度下可實現(xiàn)對間隙泄漏流動的有效抑制,大幅度提高渦輪效率;在10%開度下,分體滑動導葉提高了渦輪10%的峰值效率,同時渦輪效率在40%和全開工況下也有不同程度的提高。此外,通過合理設計轉靜間距,分體滑動導葉尾緣激波被大幅度削弱。導葉間隙泄漏流和尾緣激波的抑制可有效弱化轉子定子干涉強度,降低下游轉子葉片表面載荷波動幅值,提高轉子葉片的可靠性。 

【文章來源】：中國機械工程. 2020,31(15)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

可調渦輪三維視圖和子午視圖

圖2展示了可調渦輪轉子和導葉網(wǎng)格,其中導葉段單通道網(wǎng)格節(jié)點數(shù)約為8.7×105,轉子段單通道網(wǎng)格節(jié)點數(shù)約為4.7×105,網(wǎng)格總數(shù)約為1.35×106,網(wǎng)格最小正交角度為31.5°,最大延展比小于2.6,最大長寬比小于540。圖2中溫度T0和壓力p0表示渦輪進氣狀態(tài)的參量,溫度T2和壓力p2表示渦輪出氣狀態(tài)的參量,β為導葉進氣氣流角,ω為轉子旋轉參量。數(shù)值計算采用NUMECA軟件中FINETM/Turbo三維黏性流場計算軟件,求解定常/非定常三維N-S方程,湍流模型選用S-A模型,時間項采用顯式龍格-庫塔時間推進法,并結合雙時間步長、多重網(wǎng)格技術加快計算收斂速度。進口邊界給定總溫、總壓和進口氣流角度,如圖2所示。其中進口氣流角的大小根據(jù)氣體流出蝸殼的角度計算得到。

定常計算中采用混合平面法選定轉靜交界面,確保氣體的質量、動量和能量守恒。非定常計算中的轉靜交界面采用直接插值和滑移網(wǎng)格法。物理步長數(shù)設為120,收斂精度設為1×10-6,壁面y+值控制在3以內,如圖3所示。網(wǎng)格無關性驗證是數(shù)值計算中的一個重要環(huán)節(jié)。當拓撲結構確定之后,網(wǎng)格數(shù)量的差異會導致計算結果的偏差,也會影響計算時間,因此,合適的網(wǎng)格數(shù)是保證計算精度和時間的前提。本文采用單通道定常計算的方法進行網(wǎng)格無關性驗證,如表2所示。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]Numerical Analysis of Nozzle Clearance’s Effect on Turbine Performance[J]. SUN Harold,LAI Mingchia.  Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2011(04)
[2]渦輪調節(jié)方式對增壓柴油機匹配性能的影響[J]. 馬朝臣,朱慶,楊長茂,張虹,吳中佐,鮑捷,李輝.  內燃機學報. 2000(02)



本文編號：3332934