车用涡轮增压器混流涡轮的性能试验研究

针对匹配 J6 110 Z柴油机的 H1F增压器混流涡轮进行了涡轮性能试验 ,并将其试验结果与原径流涡轮试验结果进行了分析和比较。试验结果表明 :由于混流涡轮兼有径流和轴流涡轮的流动特性 ,其流通能力较直径相当的径流涡轮大 ,这对于改善车用增压柴油机的加速性能是有益的 ;在低相似转速情况下 ,混流涡轮的最高效率比径流涡轮高 ,并且最高效率点与径流涡轮相比向小 u/ c0 方向移动 ,这对于改善车用增压柴油机的低速性能是有益的。     

涡轮增压器喷嘴叶栅的流动特性

可调喷嘴涡轮喷嘴叶片端部的间隙泄漏流会对涡轮的性能产生较大的影响,同时喷嘴尾缘激波会造成转子叶片强迫响应,导致转子叶片出现高周疲劳失效现象.当喷嘴叶片间隙泄漏流与激波相互干涉时,不仅会造成流动损失加剧,同时也会显著影响转子叶片的可靠性以及使用寿命.通过纹影试验和数值仿真方法研究了喷嘴叶片平面叶栅在不同膨胀比和不同叶端间隙情况下的激波和间隙泄漏流流动特性.结果表明:膨胀比和间隙比对泄漏流和激波的影响较大,泄漏流对激波的影响范围随着膨胀比或间隙比的增加而增加.在泄漏流影响的范围内,受泄漏流对流场的推动作用,激波被挤压变形,激波形状向逆着气流流动的方向弯曲.随着叶端间隙比增加,泄漏流对激波的影响范围扩大,同时中间叶高位置的激波强度加强.     

向心涡轮可调导向叶栅内流动损失机理的分析

通过对向心涡轮可调导向叶栅三维流场数值模拟,分析在不同叶片安装角下,可调叶片表面静压系数和出口总压损失系数的变化规律。导叶安装角从21°增加到44°,通流面积调节范围为50%～116%设计通流面积。结果表明:叶栅开度减小时,叶片的气动负荷增加,总压损失增加。与设计工况相比,导叶关小15°总压损失增加了1倍多。叶栅端部间隙增加了导向叶栅的流动损失,间隙增加2%,损失增加1.5%,端部损失范围从20%叶高增加到40%叶高。叶栅开度减小,端部损失与叶型损失的变化较小,而间隙损失无论是数量还是占总压损失的比重都明显增加,是非设计工况下总压损失增加的主要原因。     

叶片相对高度对涡轮喷嘴叶栅内损失的影响

据《Теплознергетика》2005年6月号报道，大量试验结果表明，叶栅内气流的转折角、槽道的气动力收敛度、叶型的安装角、叶栅的相对高度以及叶型和叶片间槽道的形状对端部损失具有明显的影响。     

可变截面涡轮增压器喷嘴叶片小开度流动特性

利用NUMECA三维仿真软件对某款可变截面增压器(variable geometry turbocharger,VGT)分别在50%开度和10%开度和140 000 r/min工况下,各选取5各工况点进行仿真计算,通过对导叶周围速度场、压力场等宏观现象的分析,探究其在小开度下涡端效率低的原因。结果表明:小开度下流体经过导叶时的加速程度较大,整体速度偏高;导叶沿叶高方向上,压力损失系数较大;这些变化主要是由于导叶出口气流角和叶端间隙泄漏流的综合影响造成的,并且在小开度下叶端间隙泄漏流对主流道的干涉程度较大,对流动损失的影响权重较大。     

尾气颗粒对可变混流涡轮增压器喷嘴环冲蚀磨损特性的数值模拟

可变涡轮增压器在运行过程中其涡轮喷嘴环会受到尾气颗粒的冲蚀磨损,造成喷嘴环叶片失效和涡轮运行效果下降。借助CFD软件对可变混流涡轮内部的气固两相流进行数值模拟计算,分析喷嘴环开度的变化和颗粒粒径对喷嘴环磨损规律的影响。结果表明：喷嘴环处于不同开度下时,磨损率和磨损区域均有所不同,磨损区域主要集中在喷嘴环压力面的中后段区域,随着开度的增大,磨损率和磨损区域均减小,压力面的磨损程度明显大于吸力面;尾气中的小颗粒因惯性较小对气流的跟随性较好,主要撞击喷嘴环前缘,且开度对喷嘴环前缘的磨损影响较小;尾气中大颗粒的运动轨迹趋于直线,主要撞击喷嘴环压力面的中后段区域;由于涡轮进气涡壳结构的周向不对称性,使得涡轮内部流场沿周向分布不均匀,导致不同周向位置的喷嘴环磨损率和磨损区域有所不同,且随着开度的增大,各喷嘴环之间的磨损差异也增大。     

可变喷嘴涡轮增压器喷嘴环叶片位置对柴油机性能的影响

针对普通废气涡轮增压器低速响应和高速功率不能同时兼顾的特点,对可变喷嘴涡轮增压器(VNT)进行了试验研究。通过试验分析了喷嘴环叶片位置对柴油机性能的影响,并得到了VNT的优化脉谱。同时进行了VNT的瞬态响应研究。研究结果表明:VNT通过改变涡轮喷嘴环面积可与柴油机各工况实现最佳匹配,燃油消耗率在全工况范围内明显改善,在高速低负荷时燃油消耗率降低最多,达到了10%;通过增加低速的进气量,VNT对柴油机低速高负荷工况性能有明显改善,扭矩约增加15N·m,油耗率降低2%,烟度从原机4.5 BSU降低到2.5 BSU;通过与原机外特性的对比,在中高速的NO_x和烟度排放与原机相差不大,在低速区NO_x增加约100×10~(-6),烟度降低2 BSU,在整个转速范围内油耗率降低2%～3%。     

涡轮盘腔内部流动和换热机理研究

首先分析了旋转雷诺数Reφ、预旋比βp以及湍流参数!T对带有预旋的转静系盘腔内流动及换热特性的影响,重点考察了Reφ、βp和!T对轮盘中心处预旋比β∞、阻力系数ξ的影响,并详细分析了盘腔内部流动结构,发现惯性力和离心力占不同主导地位是诱发不同的流动结构的主要原因;另外得到了旋转壁面局部Nusselt数沿径向的分布规律及影响因素;最后研究了无量纲质量流量cw对无量纲温度θ的影响,发现θ与cw基本满足对数关系。     

部分带冠和完全带冠轴流涡轮的性能

《ASME Journal of Turbomachinery》2005年10月号提供了轴流涡轮在其差别仅在于曲径密封通路的两种试验情况下进行的独特的比较试验和数值研究。     

柴油机废气涡轮增压器噪声机理及性能试验研究

分析了船用柴油机废气涡轮增压器噪声机理,开展了增压器噪声频谱分析及声强识别试验研究。试验结果表明:压气机入口气动噪声频谱主要由窄带叶尖间隙噪声(TCN)和离散的叶频(BPF)及其谐次成分组成,涡壳辐射噪声主要是由叶尖间隙噪声和转子轴频及其谐波引起的结构振动而产生的辐射噪声。增压器噪声的能量分布在1～8kHz较宽频率范围内,声功率与转速近似呈线性增加,由50%转速增加至标定转速时,声功率增加近20dB。     

涡轮增压器机械损失测量方法及装置

通过分析了涡轮增压器机械损失功率测量方法,指出现有的热平衡方法忽略了传热与散热损失且没有考虑到变工况条件,瞬态工况法未计入压气机与涡轮的功耗及各种气动损失.阐述了压气机与涡轮在自由减速测试过程中的功耗与各种气动损失的计算方法,提出了一种理论计算与试验相结合的涡轮增压器机械损失功率测量分析方法.改进设计了现有的增压器试验测试系统,并对J60涡轮增压器的机械损失功率进行了测量,结果表明:与瞬态工况法相比,应用新方法及试验装置测量的精度提高了10%以上.     

可变喷嘴涡轮增压共轨柴油机控制参数及性能不同海拔特性研究

针对高原环境下柴油机功率下降、经济性恶化等问题,采用大气压力模拟系统及发动机台架,以柴油机动力性为目标,在0 m、1 000 m、2 000 m和2 400 m海拔下对柴油机增压压力、喷油提前角、轨压和喷油量进行了协调控制标定。结果表明：在增压器转速、缸内压力、排气温度和烟度限值等限制条件下,通过控制目标增压压力、提前喷油正时、提高共轨压力及减小喷油量综合控制,能够较大程度恢复高原环境下柴油机动力输出。与0 m相比,1 000 m、2 000 m、2 400 m海拔下的最大转矩分别降低2.71%、6.67%、11.16%;最大功率分别降低0.57%、3.24%、10.09%;最低比油耗分别增加2.13%、4.62%、5.62%;最大功率对应比油耗分别增加0.51%、1.74%、2.29%。NO_x排放随海拔的变化与柴油机工况相关,当转速低于2 000 r/min时,NO_x排放随着海拔升高而降低,而转速高于2 000 r/min时,NO_x排放明显增大。随着海拔升高,柴油机烟度逐渐增大,尤其低速时更为明显。     

可变涡轮喷嘴增压器的电控匹配

介绍了可变喷嘴增压器在电控柴油机应用中稳态工况及动态工况的电控匹配方法,对极端工况下增压器匹配可能出现的问题进行了分析并提出解决方案,试验结果表明可变喷嘴增压器和电控匹配技术的使用能够有效兼顾增压器在稳态和动态工况下与发动机的良好匹配.     

涡轮端壁流动传热与冷却性能研究进展

随着进口燃气温度的不断增大和燃烧室出口温度的均匀化,燃气涡轮端壁承受极高的热负荷。涡轮端壁处的复杂流动结构使端壁部分区域冷却困难,容易造成端壁烧蚀从而降低涡轮气动性能且威胁涡轮的安全运行。为了提高涡轮的冷却和气动性能,需要深入分析端壁附近的流动结构和传热冷却特性。本文以端壁冷却为出发点,对燃气涡轮的气动传热和冷却技术的发展进行总结分析,结合实验和数值计算结果,对端壁流动传热和冷却相关的先进实验和数值研究结果进行分析讨论。在此基础上,对涡轮端壁的先进冷却技术和非轴对称端壁下冷却结构优化进行了展望。     

应用准三元流动分析的涡轮性能预测研究

为了提高涡轮性能预测的精确度,提出了一种涡轮叶轮准三元流动分析的预测方法。它是根据旋转系统边界层流动稳定性的理论,在叶轮内部准三元计算结果的基础上分别考虑旋转和叶片曲率对流动稳定性的影响,从而建立涡轮叶轮速度分布的评价指标来估算分离损失的大小,然后将此评价指标应用于涡轮性能预测程序的叶轮损失模型中。通过对２种车用涡轮增压器涡轮效率预测结果和试验结果的比较,证明运用此方法可以提高涡轮性能预测的精确度。     

变几何涡轮的损失研究

变几何涡轮与定几何涡轮相比,在静叶顶部多了一个端部间隙,端部间隙大小的选取十分重要,既要保证间隙损失不至于过大,又要保证其能够自由转动,不至于受热而被卡死。所以,在保证静叶能够转动的前提下,静叶的端部间隙应尽可能的小。以某一四级动力涡轮为例,分析了第一级静叶的端部间隙大小以及第一级静叶转角给涡轮损失带来的影响,建议变几何动力涡轮的静叶端部间隙选取为静叶叶高的1.8%。     

双通道气流式喷嘴加压雾化的实验研究

研究了双通道气流式喷嘴加压雾化过程.使用M alvern激光测粒仪测量了不同环境压力下索特平均粒径的分布.实验结果表明:当气液质量比不变时,索特平均粒径与环境压力的n次幂成正比,n的范围大约在0.3~0.9之间,并且n随气液质量比的增大而增大;当环境压力不变时,索特平均粒径随着气液质量比的增大而减小.     

柴油机喷嘴流动的CFD分析

建立了某型柴油机喷嘴内部流动的三维CFD计算模型,用计算流体力学软件ANSYS-FLOTRAN对该喷嘴内部的三维流动进行了模拟分析,得到了喷嘴端部的速度矢量场、压力分布等大量信息。分析结果为研究燃油雾化、喷嘴的失效分析及其结构参数的优化设计提供了重要参考。     

柴油机喷嘴流动的有限元计算

给出了描述柴油机喷嘴流动的基本方程,对喷嘴端部进行了参数化的网格生成,最后对其进行了有限元计算并给出了一个实例。