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机械增压离心压气机内部流动特性分析及参数匹配

机械增压离心压气机内部流动特性分析及参数匹配

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作者：宋亚丽武汉理工大学

学位级别：硕士

增压技术不仅推动了内燃机技术的发展,同样也是改善燃烧过程、提高燃油经济性、降低排放污染物,满足日益严格的排放法规的有效手段。增压技术弥补了自然吸气发动机的不足,在保证同样动力的情况下减小发动机的排量,减少能量的消耗,提高... 详细信息

增压技术不仅推动了内燃机技术的发展,同样也是改善燃烧过程、提高燃油经济性、降低排放污染物,满足日益严格的排放法规的有效手段。增压技术弥补了自然吸气发动机的不足,在保证同样动力的情况下减小发动机的排量,减少能量的消耗,提高发动机效率。作为增压器中的核心部件之一,离心压气机的优劣直接影响着增压器的工作性能。自增压器问世以来,国内外学者已经对离心压气机进行了大量的实验研究和数值分析,并得出一些宝贵的结论,推动着增压技术的发展。我国对汽车增压的研究和开发始于上个世纪80年代,技术上远远落后于国际平均水平,对离心压气机内部流动机理的研究也相对较少,这也影响了我国增压技术的发展和进步。在此前提下,本课题对高转速、高负荷小型机械增压器中离心压气机流动特性及机理进行了详细的分析研究,主要内容如下:1.以数值分析的方法对离心压气机叶轮流道中气体的流动进行分析,探讨了畸变流动的具体形式以及产生机制,发现在靠近机匣的位置有小面积的低速区,并在叶尖顶部出现高速畸变流,并从叶轮叶片吸力面的位置向压力面发展。2.对不同后弯角所对应的离心压气机进行了性能研究和内部流动特性分析。研究了在有顶隙和无顶隙的情况下,后弯角变化对压气机性能的影响。对叶轮入口位置主叶片前缘处激波的产生和发展以及流道中流动分离对叶轮流道中主流的影响进行了详细的分析,得出在高转速离心压气机中叶片后弯角的不同对压气机性能造成的影响。对比分析不同后弯角情况下,叶轮流道中流动状态,得出后弯角改变不仅会对下游的流动状态造成影响,对入口处的来流以及前缘位置激波的产生也会带来改变。在带有顶隙的情况下,研究了后弯角和叶尖泄露同时作用对离心压气机性能以及流动特性的影响。进一步研究在不同恒定顶隙的情况下,叶尖顶隙泄漏与激波的相互作用对主流的干扰,以及比较不同叶尖顶隙带来的泄漏损失。3.在数值分析的基础上,采用数据统计中回归分析的方法,对后弯角和增压比的关系进行定量分析。将数值分析得到的不同后弯角和增压比的数据作为样本,用线性回归和曲线拟合的方法对样本进行处理,探讨后弯角和增压比之间存在的数量关系并得到该样本数据下的结果方程,计算出该模型下的最佳后弯角值。本课题对小型机械增压器离心压气机内部流动进行研究,着重分析了后弯角和顶隙对压气机性能和流动特性的影响,并定量的分析了压比和后弯角的关系。研究结果表明,高转速下压气机叶轮流道中气体的流动复杂。研究分析影响压气机性能的因素,深入的了解不同参数对其造成的影响,为离心压气机的设计提供改进方向和理论依据。

关键词：机械增压离心压气机气动特性后弯角叶尖顶隙

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