【摘要】：離心壓氣機(jī)具有尺寸小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、單級(jí)增壓比高的特點(diǎn),廣泛應(yīng)用于渦輪增壓器、小型燃機(jī)等技術(shù)領(lǐng)域。小型離心壓氣機(jī)由于轉(zhuǎn)速較高,工作在變流量、多載荷、變轉(zhuǎn)速等復(fù)雜工況下,內(nèi)部流動(dòng)復(fù)雜,在復(fù)雜的工況下追求壓氣機(jī)高性能是當(dāng)前壓氣機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。采用經(jīng)驗(yàn)法和試錯(cuò)法對(duì)離心壓氣機(jī)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)效率低、周期長(zhǎng)、成本高,不能滿(mǎn)足實(shí)際復(fù)雜工況等缺點(diǎn)。為尋找一種快速高效的能夠綜合考慮復(fù)雜工況的優(yōu)化策略,本文以某款小型離心壓氣機(jī)為研究對(duì)象,采用拉丁超立方試驗(yàn)設(shè)計(jì)、Kriging代理模型和多目標(biāo)遺傳算法的方法對(duì)離心壓氣機(jī)進(jìn)行多工況、多學(xué)科耦合優(yōu)化和不確定優(yōu)化,對(duì)提高壓氣機(jī)的性能和壽命具有重要意義。本文的主要內(nèi)容如下:1、建立離心壓氣機(jī)葉輪CFD數(shù)值計(jì)算模型,對(duì)LSCC低速離心葉輪和Krain高速離心葉輪進(jìn)行內(nèi)部流動(dòng)分析,將計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證所采用的CFD數(shù)值計(jì)算方法的適用性。2、研究進(jìn)口葉片角、出口葉片角、葉頂間隙和葉片包角等葉輪幾何參數(shù)對(duì)壓氣機(jī)氣動(dòng)性能的影響規(guī)律�；诶〕⒎皆囼�(yàn)設(shè)計(jì)、Kriging代理模型和多目標(biāo)遺傳算法相結(jié)合的優(yōu)化方法,對(duì)離心壓氣機(jī)進(jìn)行多工況優(yōu)化,優(yōu)化后葉輪在小流量下效率提高了3.52%,壓比提高了 5.62%,在設(shè)計(jì)流量下效率提高了 3.99%,壓比提高了 6.43%,拓寬了工作范圍,變流量工況優(yōu)化能夠更好的滿(mǎn)足不同工作環(huán)境下的性能要求。3、建立離心壓氣機(jī)流固耦合分析模型,考慮氣動(dòng)載荷和離心載荷共同作用對(duì)壓氣機(jī)葉片變形和應(yīng)力的影響,開(kāi)展進(jìn)口葉片角、出口葉片角、葉頂間隙和葉片包角等幾何參數(shù)對(duì)壓氣機(jī)葉片強(qiáng)度的影響研究;基于氣動(dòng)結(jié)構(gòu)分析進(jìn)行離心壓氣機(jī)葉輪多學(xué)科耦合優(yōu)化,結(jié)果表明,優(yōu)化后設(shè)計(jì)流量點(diǎn)壓比提高7.49%,效率提高6.82%,葉片總變形降低20.4%,并且拓寬穩(wěn)定工作范圍,氣動(dòng)結(jié)構(gòu)耦合優(yōu)化后實(shí)際工況下葉片幾何與設(shè)計(jì)葉片幾何誤差更小,使得實(shí)際工況下葉輪的性能與設(shè)計(jì)性能更加貼近。4、采用二階非嵌入式概率配置點(diǎn)法對(duì)壓氣機(jī)轉(zhuǎn)速的波動(dòng)進(jìn)行不確定性分析,研究葉輪轉(zhuǎn)速波動(dòng)不確定度對(duì)壓比影響程度,并進(jìn)行葉輪不確定優(yōu)化。結(jié)果表明優(yōu)化后葉輪壓比的均值提高了 0.81%,效率提高4.49%左右,壓比的方差降低了 21.29%,不確定優(yōu)化后壓氣機(jī)的性能更加穩(wěn)定。
【圖文】：

題研究背景及意NB逡逑科技的發(fā)展及物質(zhì)生活水平的提高，汽車(chē)成為我們?nèi)粘Ｉ钪凶钇涨拔覈?guó)是世界范圍內(nèi)汽車(chē)數(shù)量最多的國(guó)家。而汽車(chē)上使用石油消耗占約４０％，這也是我國(guó)對(duì)石油需求增加的重要原因［１］。石油等能源的使的排放引起嚴(yán)重污染環(huán)境，所以車(chē)輛內(nèi)燃機(jī)排放是造成Ｃ０２增多重要的同時(shí)，對(duì)目前使用的技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新是降低能源消耗的重要手段，用率是目前最主要的途徑。與吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)相比，帶渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)顯得更有優(yōu)勢(shì)，帶渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)在使用燃料時(shí)能夠?qū)⑷剂先紵勇剩⑶遗欧艔U氣的污染物將會(huì)減少。逡逑渦輪增壓器在實(shí)際工作中的原理如圖Ｌ１所示。發(fā)動(dòng)機(jī)排出高壓廢，進(jìn)而帶動(dòng)同一根軸上的壓氣機(jī)旋轉(zhuǎn)，壓氣機(jī)作為渦輪增壓器的核功使得氣體壓力增大，密度增加，，通過(guò)中冷器再進(jìn)入內(nèi)燃機(jī)，由于進(jìn)入內(nèi)燃機(jī)單位體積內(nèi)的空氣增多，內(nèi)燃機(jī)里燃油燃燒更加充分，會(huì)更低，輸出動(dòng)力更好，燃油利用率得到提高。逡逑

夕卜學(xué)者進(jìn)行了一系列的實(shí)驗(yàn)研宄，Ｄｅａｎ［３］采用實(shí)驗(yàn)對(duì)擴(kuò)壓器進(jìn)行研宄并首次提出“射流逡逑尾跡”概念。Ｅｃｋａｒｄｔ［４］對(duì)高速的徑向葉輪進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研宄并測(cè)量了相關(guān)的氣動(dòng)性能和內(nèi)部逡逑流動(dòng)情況并且在出口同樣發(fā)現(xiàn)射流尾跡現(xiàn)象并提出二次流模型如圖１．２所示。因此逡逑Ｅｃｋａｒｄｔ贊同Ｄｅａｎ提出的“射流尾跡”概念，指出“射流尾跡”的產(chǎn)生與科氏力和流體逡逑方向發(fā)生改變有關(guān)，葉輪內(nèi)部低能流體在二次流作用下匯聚。Ｋｒａｉｎ［５＇７］將Ｅｃｋａｒｄｔ的徑向逡逑葉輪重新設(shè)計(jì)成３０°的后彎葉輪并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研宄并測(cè)量了該高速葉輪的氣動(dòng)性能以及逡逑內(nèi)部流場(chǎng)情況，結(jié)果表明葉片后彎能夠減弱“射流尾跡”的現(xiàn)象。美國(guó)宇航局ＮＡＳＡＬｅｗｉｓ逡逑研究中心設(shè)計(jì)了低速大尺寸葉輪（ＬＳＣＣ）并進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)研宄［８“１］，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量了葉逡逑輪的效率、壓比等氣動(dòng)性能參數(shù)，不同葉高和葉片表面的相對(duì)約化靜壓分布，不同子午逡逑截面的相對(duì)子午速度等等。以上葉輪均公布了詳細(xì)的幾何數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)，為后續(xù)逡逑的ＣＦＤ數(shù)值計(jì)算提供了重要參考。國(guó)內(nèi)也有相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研宄，劉正先［１２］等采用多普勒逡逑測(cè)速系統(tǒng)對(duì)后彎葉輪進(jìn)行實(shí)驗(yàn)
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TH452

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2611026