本文關(guān)鍵詞：離心式壓氣機(jī)內(nèi)部流場(chǎng)模擬分析及葉輪結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化

  更多相關(guān)文章： 離心壓氣機(jī) 機(jī)匣處理 葉輪 自動(dòng)優(yōu)化 多工況

【摘要】：近年來(lái),隨著人們對(duì)變工況性能的追求和VGT(Variable Geometry Turbocharger)技術(shù)的推廣,寬廣的流量范圍同壓比、效率一樣對(duì)壓氣機(jī)而言顯得越來(lái)越重要。目前,進(jìn)氣回流機(jī)匣處理不失為一種快捷、經(jīng)濟(jì)、可靠的拓寬特性曲線(MWE,Map Width Enhancement)裝置,但其往往伴隨著壓氣機(jī)性能的降低。本文利用CFD(Computational Fluid Dynamics)技術(shù)預(yù)測(cè)并研究了壓氣機(jī)的性能及內(nèi)部失穩(wěn)和擴(kuò)穩(wěn)機(jī)理,為工程實(shí)際中回流槽的位置和大小的選取提供了設(shè)計(jì)依據(jù)。此外,從實(shí)際工程應(yīng)用的角度出發(fā),首次在機(jī)匣處理級(jí)環(huán)境下對(duì)葉輪主要結(jié)構(gòu)參數(shù),開(kāi)展了多工況多目標(biāo)自動(dòng)優(yōu)化工作,全面提高了壓氣機(jī)的整體氣動(dòng)性能,避免一般氣動(dòng)優(yōu)化工作中顧此失彼的問(wèn)題。 本文的研究對(duì)象為一小型渦輪增壓器的壓氣機(jī),其葉輪為前傾后彎葉輪并帶有進(jìn)氣回流機(jī)匣結(jié)構(gòu),靜止部件采用無(wú)葉擴(kuò)壓器和蝸牛形蝸殼。首先對(duì)葉輪和蝸殼進(jìn)行了實(shí)體建模,接著將CFD模擬結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證了本文方法的可靠性和正確性。同時(shí),對(duì)實(shí)壁機(jī)匣和處理機(jī)匣壓氣機(jī)的內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行對(duì)比分析,發(fā)現(xiàn)葉頂間隙泄漏氣流在通過(guò)激波過(guò)后迅速擴(kuò)大對(duì)失速有著重要影響,開(kāi)槽位置位于激波之后效果最佳。此外,本文對(duì)機(jī)匣相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)做了簡(jiǎn)要的敏感性分析,結(jié)果表明回流槽的位置和大小對(duì)壓氣機(jī)性能有著較大影響。由于機(jī)匣處理一定程度上降低了壓氣機(jī)的性能,為了彌補(bǔ)這一缺憾,本文在有機(jī)匣處理壓氣機(jī)模型下,對(duì)葉輪的相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù),如進(jìn)口葉片角、出口后彎角、葉片前傾角、分流葉片前緣子午位置和角度等,在NUMECA軟件平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)優(yōu)化,使得新葉輪與機(jī)匣結(jié)構(gòu)更加匹配。同時(shí),為了兼顧擴(kuò)穩(wěn)后寬廣的流量范圍,此次優(yōu)化選取了大、中、小三個(gè)工況點(diǎn),在級(jí)環(huán)境下以極大化壓氣機(jī)整機(jī)的壓比和效率來(lái)設(shè)定目標(biāo)函數(shù),最大程度恢復(fù)其性能。最終,優(yōu)化模型內(nèi)部流動(dòng)情況得到明顯改善,壓比提高6%和效率提高2%。分析表明在級(jí)環(huán)境下進(jìn)行多工況優(yōu)化十分必要,不僅保證了壓氣機(jī)寬廣的流量特性,而且提高了葉輪和其下游擴(kuò)壓系統(tǒng)的性能。本文的優(yōu)化方法為離心式壓氣機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了一定的理論和實(shí)踐參考價(jià)值。
【關(guān)鍵詞】：離心壓氣機(jī) 機(jī)匣處理 葉輪 自動(dòng)優(yōu)化 多工況
【學(xué)位授予單位】：大連交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類(lèi)號(hào)】：TH452
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 目錄8-11
• 第一章 緒論11-22
• 1.1 研究背景和意義11-12
• 1.2 渦輪增壓技術(shù)簡(jiǎn)介12-13
• 1.3 離心式壓氣機(jī)的擴(kuò)穩(wěn)技術(shù)簡(jiǎn)介13-17
• 1.3.1 壓氣機(jī)失穩(wěn)現(xiàn)象簡(jiǎn)介13-14
• 1.3.2 擴(kuò)穩(wěn)研究現(xiàn)狀14-16
• 1.3.3 機(jī)匣處理研究的不足之處16-17
• 1.4 葉輪機(jī)械分析及優(yōu)化方法17-20
• 1.4.1 CFD技術(shù)簡(jiǎn)介17-18
• 1.4.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的發(fā)展概況18-20
• 1.4.3 葉輪優(yōu)化研究的不足之處20
• 1.5 本文的主要工作20-21
• 本章小結(jié)21-22
• 第二章 離心壓氣機(jī)的造型及數(shù)值計(jì)算方法22-35
• 2.1 壓氣機(jī)幾何造型簡(jiǎn)介22-24
• 2.1.1 葉輪曲面的幾何造型22-23
• 2.1.2 壓氣機(jī)渦殼的幾何造型23-24
• 2.2 計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)的數(shù)值計(jì)算方法24-34
• 2.2.1 流動(dòng)控制方程25-28
• 2.2.2 湍流模型及其選取28
• 2.2.3 計(jì)算網(wǎng)格及離散格式28-30
• 2.2.4 求解方法及加速收斂技術(shù)30-34
• 2.2.5 初解及收斂標(biāo)準(zhǔn)34
• 本章小結(jié)34-35
• 第三章 機(jī)匣處理離心壓氣機(jī)特性預(yù)測(cè)與驗(yàn)證35-47
• 3.1 離心壓氣機(jī)的基本理論35-38
• 3.1.1 離心壓氣機(jī)機(jī)的結(jié)構(gòu)及原理35-37
• 3.1.2 離心壓氣機(jī)機(jī)的性能參數(shù)37-38
• 3.2 模型網(wǎng)格劃分及計(jì)算設(shè)定38-40
• 3.2.1 模型網(wǎng)格劃分38-39
• 3.2.2 計(jì)算設(shè)定39-40
• 3.3 多工況特性曲線預(yù)測(cè)40-44
• 3.4 計(jì)算方法的驗(yàn)證與分析44-46
• 本章小結(jié)46-47
• 第四章 不同機(jī)匣結(jié)構(gòu)壓氣機(jī)內(nèi)部流動(dòng)分析47-64
• 4.1 多種機(jī)匣結(jié)構(gòu)壓氣機(jī)模型簡(jiǎn)介47-48
• 4.2 多工況特性曲線對(duì)比分析48-52
• 4.2.1 總體性能評(píng)價(jià)48-50
• 4.2.2 擴(kuò)穩(wěn)性能評(píng)價(jià)50-52
• 4.3 內(nèi)部流動(dòng)對(duì)比分析52-60
• 4.3.1 實(shí)壁機(jī)匣高轉(zhuǎn)速過(guò)早失穩(wěn)內(nèi)部流動(dòng)分析52-55
• 4.3.2 處理機(jī)匣壓氣機(jī)葉輪內(nèi)部流動(dòng)對(duì)比分析55-60
• 4.4 槽口大小的敏感性研究60-62
• 4.5 改善機(jī)匣處理大流量性能研究62-63
• 本章小結(jié)63-64
• 第五章 離心式葉輪優(yōu)化設(shè)計(jì)方法64-72
• 5.1 引言64-65
• 5.2 葉輪參數(shù)化方法65-68
• 5.2.1 Bezier曲線和B樣條曲線65-66
• 5.2.2 離心式葉輪參數(shù)化方法66-68
• 5.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法68-69
• 5.4 遺傳算法69-70
• 5.5 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法70-71
• 本章小結(jié)71-72
• 第六章 級(jí)環(huán)境下多工況多目標(biāo)葉輪結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化72-87
• 6.1 葉輪模型參數(shù)化擬合72-74
• 6.2 計(jì)算網(wǎng)格的自動(dòng)化生成74-77
• 6.3 自由參數(shù)、約束條件的確定和數(shù)據(jù)庫(kù)的生成77-78
• 6.4 目標(biāo)函數(shù)的確定和最優(yōu)解的獲取78-80
• 6.5 優(yōu)化結(jié)果80-83
• 6.5.1 優(yōu)化前后各元件性能對(duì)比80-81
• 6.5.2 優(yōu)化前后葉輪結(jié)構(gòu)對(duì)比81-83
• 6.6 優(yōu)化前后內(nèi)部流動(dòng)對(duì)比分析83-86
• 6.6.1 葉輪內(nèi)部流動(dòng)對(duì)比分析83-85
• 6.6.2 葉輪出口流動(dòng)對(duì)比分析85-86
• 本章小結(jié)86-87
• 結(jié)論與展望87-89
• 7.1. 全文總結(jié)87-88
• 7.2. 研究展望88-89
• 參考文獻(xiàn)89-92
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文92-93
• 致謝93

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：871995