大小涡轮相继增压柴油机排气系统性能研究

作     者：王焕杰 

作者单位：哈尔滨工程大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王银燕

授予年度：2008年

学科分类：080703[工学-动力机械及工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：柴油机 相继增压 排气系统 CFD 

摘      要：排气系统不仅影响废气的排出,而且在增压柴油机中,排气管中气体的流动对其废气能量的利用、充量更换、泵气损失及柴油机的性能都有重要的影响。合理选择和正确设计柴油机的排气系统是柴油机总体设计的一项重要内容。大小涡轮相继增压技术在解决柴油机低负荷问题上具有很好效果,所以为采用该增压技术的柴油机合理选择和设计排气系统十分重要。因此,本文对TBD234V12大小涡轮相继增压柴油机排气系统进行的研究具有重要的意义。 本文建立了TBD234V12型柴油机大小涡轮相继增压的计算模型。缸内采用零维模型,并采用三韦伯曲线叠加来模拟放热规律;进排气系统采用一维非定常流动模型,用有限体积法离散偏微分控制方程。根据计算模型,利用GT—POWER软件建立了定压、脉冲和MPC三种增压系统的大小涡轮相继增压柴油机的仿真模型。 设计了大小涡轮相继增压柴油机的定压、脉冲和MPC三种增压方式的排气管结构,并利用所建的仿真模型对各增压方式下的排气管和连通管的多方案进行计算,并根据计算结果确定了各排气管的结构参数。 利用GT—POWER仿真模型,对三种增压系统的相继增压柴油机按标准螺旋桨特性进行了模拟计算,研究了三种排气系统对柴油机的有效燃油消耗率、涡轮前排温、增压压力、最大爆发压力等性能参数的影响,并分析三种排气系统的特点。最后,根据计算结果,TBD234V12大小涡轮相继增压柴油机的排气系统选为脉冲增压系统。 为了研究排气管的结构对气体流动的影响,寻找减少流动损失、提高排气能量传递效率的途径,利用Fluent软件,对TBD234V12大小涡轮相继增压柴油机的排气系统进行了三维流场计算,分析了其三维流场特征。计算结果清晰的表明了排气管道的结构对气体流动的影响,为排气系统的设计、改进及优化提供了依据,为今后的进一步研究打下了基础。 此外,本文对强化后的三种增压系统的TBD234V12大小涡轮相继增压柴油机按标准螺旋桨特性进行了模拟计算,分析了三种增压形式的排气系统的特点,为高增压相继增压柴油机排气系统的选择提供了参考。