摘 要

很多研究表示，涡轮增压器的温度、速率和压力分布对涡轮增压器的机能和工作效率有着重要的影响。蜗壳和叶轮的结构准确构建，使气流均匀分布在蜗壳出口，降低了气体能量的损失，减弱了气流进入叶轮的影响，避免了回流、旋流和突扩的产生。因为涡轮增压器内部结构庞大，用实验方式研究涡轮增压器的流场需要大量的人力和时间。所以，本文采用CFD方法对涡轮增压器内部流场进行了简单的数值模拟分析。

在研究了国内外涡轮增压器流场的基础上，探究了涡轮增压器的仿真软件和相干的物理和数学模型，并讨论了平稳流动对涡轮增压器流场和性能的影响。利用三维绘图软件CATIA建立了蜗壳和叶轮三维流场分析模型。在ANSYS网格划分后，利用FLUENT软件设定边界条件，并对涡轮增压器进气过程当中的温度、压力和速率分布进行数值仿真模拟。通过分析，得到了在一定条件下涡轮增压器蜗壳附近的压力，速度分布图。

关键词：涡轮增压器FLUENT CFD模拟；叶轮

Abstract

Many studies have shown that the turbocharger's temperature, speed, and pressure distribution have a significant impact on turbocharger performance and efficiency. The rational and correct design of the volute and the impeller can evenly distribute the air flow at the outlet of the volute, reduce the flow loss, and at the same time reduce the influence of the air flow into the impeller and prevent backflow, turbulence, and sudden expansion. This effectively improves turbocharger performance. Due to the complex internal structure of the turbocharger, it takes a lot of manpower and time to study the turbocharger flow field experimentally. In this paper, the CFD method was used to simulate the internal flow field of the turbocharger.

Based on the study of turbocharger flow field at home and abroad, the simulation software of turbocharger and related physical and mathematical models are studied. The effect of uniform flow on the flow field and performance of turbocharger is considered. Firstly, the three-dimensional flow field analysis model of volute and impeller was established using three-dimensional mapping software CATIA. After meshing in the ANSYS grid, FLUENT software was used to establish the boundary conditions, and the temperature, pressure, and velocity distributions during turbocharger air intake were numerically simulated. Through analysis, the pressure near the volute of the turbocharger under certain conditions was obtained.

Keywords: turbocharger; FLUENT; CFD simulation; impeller

目录

第1章 绪论 2

1. 1课题研究背景 2

1.2课题研究意义 2

1. 3国内外研究现状 2

1.4主要研究内容以及方向 3

第2章 计算模拟软件及数学模型 4

2.1软件及模型简介 4

2. 1. 1. CFD及Flunet简介 4

2. 1. 2.网格单元介绍 4

2.2流动模型 5

2. 2. 1.有限控制容积 5

2. 2. 2.微元体 5

2.3控制方程 6

2.3.1.质量守恒方程 6

2.3.2.动量守恒方程 7

2.3.3.能量守恒方程 8

2.4湍流模型 9

2.5本章小结 9

第3章 涡轮增压机三维流场分析 9

3.1增压机CFD模型 9

3.1.1.三维简化的建立 9

3.1.2网格划分 11

3.1.3.边界条件的建立 11

3.2三维稳态仿真结果分析 11

3.2.1.压力分布 12

3.2.2.速度分布 12

第4章 叶轮各参数对增压器性能影响分析 13

4.1低流动损失场的要求及涡轮性能匹配曲线分析 14

4.1.1.低流动损失场的要求 14

4.1.2.增压机性能匹配及曲线分析 14

4.2涡轮参数讨论 15

4.2.1.叶轮进口直径 15

4.2.2.叶片厚度 16

4.2.3.叶轮出口直径 17

4.3本章小结 18

第5章 总结与展望 19

5.1 总结 19

5.2 工作展望 19

参考文献 21

致 谢 22

第1章 绪论

1.1课题研究背景

自二十一世纪以来，汽车逐步进入千家万户，成为人们日常中无法缺乏的交通工具。虽然我国的汽车产销量位居世界前列，但是技术水平低，自主研发能力弱等问题阻碍了汽车工业的进一步发展，能源、环保、城市交通等问题日益突显。能源是人类保存和成长的物质基础。截止到2008年，世界汽车保有量已突破9亿辆，其中中国约为6467万辆，除此之外中国的摩托车保有量已达到8954万辆，挂车101万辆，上路行驶的拖拉机1464万辆。而且世界上汽车额总量正在以每一年3000万辆增加，大概到了2020年全世界汽车总量将突破13亿辆(其中中国将到达1．3～1．5亿辆)，届时汽车所耗损的柴油将到达每一年55亿吨，汽车交通用油将占环球石油总耗损的63％以上。一直过度到2030年，我国汽车油耗的需求总量将增至23.9亿吨，占到了世界石油总需求量消耗的和88%^[1]。所以提高涡轮增压技术对于节能有着显著地效果，也是汽车节能必须注重的一个方面。

涡轮增压器可以利用发动机排气的能量将发动机的功率提高到50-100。其发展已成为柴油机技术的一个亮点。这几年来，伴随着涡轮增压器技艺的成熟，涡轮增压器的制造成本已成为其市场占有率的鳌头，而国产化是减少降低制造成本的有效途径之一。我国的增压技术已随着工艺水平、匹配技术的提高已进入了一个新的阶段。