發(fā)布時(shí)間：2017-10-14 22:16

  本文關(guān)鍵詞：渦輪復(fù)合內(nèi)燃機(jī)兩級(jí)渦輪流動(dòng)機(jī)理及控制研究

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【摘要】：通過(guò)渦輪復(fù)合回收利用發(fā)動(dòng)機(jī)余熱是內(nèi)燃機(jī)節(jié)能減排的主要技術(shù)途徑和研究發(fā)展方向,也是當(dāng)代發(fā)動(dòng)機(jī)流體力學(xué)研究的主要學(xué)科前沿問(wèn)題。渦輪復(fù)合技術(shù)是使發(fā)動(dòng)機(jī)排氣在增壓渦輪后進(jìn)一步膨脹,通過(guò)動(dòng)力渦輪將部分排氣能量轉(zhuǎn)化為有效功,提高內(nèi)燃機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性、降低二氧化碳排放。增壓渦輪與動(dòng)力渦輪兩級(jí)渦輪間耦合流動(dòng)作用對(duì)動(dòng)力渦輪和整機(jī)循環(huán)性能等具有重要影響,是渦輪復(fù)合技術(shù)研究所面臨的主要難點(diǎn)之一。論文針對(duì)當(dāng)前渦輪復(fù)合研究中動(dòng)力渦輪單獨(dú)設(shè)計(jì),難以考慮兩級(jí)渦輪耦合流動(dòng)作用這一難點(diǎn),對(duì)內(nèi)燃機(jī)渦輪復(fù)合的兩級(jí)渦輪流動(dòng)機(jī)理、及其對(duì)性能的影響機(jī)制和流動(dòng)控制方法等進(jìn)行了探討。通過(guò)建立反映兩級(jí)渦輪耦合設(shè)計(jì)參數(shù)影響的渦輪系統(tǒng)通流模型,發(fā)展了內(nèi)燃機(jī)渦輪復(fù)合循環(huán)耦合分析方法。研究了兩級(jí)渦輪通流面積比對(duì)內(nèi)燃機(jī)渦輪復(fù)合全工況性能的影響,發(fā)現(xiàn)兩級(jí)渦輪通流面積比對(duì)排氣能量在增壓渦輪與動(dòng)力渦輪中的分配具有重要影響,是決定內(nèi)燃機(jī)渦輪復(fù)合全工況性能的關(guān)鍵因素。提出了通過(guò)增壓渦輪變幾何使兩級(jí)渦輪面積比隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降而增大,以改進(jìn)渦輪復(fù)合循環(huán)全工況性能的變幾何渦輪復(fù)合循環(huán)流動(dòng)控制方法。通過(guò)兩級(jí)渦輪系統(tǒng)全三維定常仿真流動(dòng)分析,研究了兩級(jí)渦輪系統(tǒng)的復(fù)雜流動(dòng)規(guī)律及其對(duì)動(dòng)力渦輪性能的影響。發(fā)現(xiàn)增壓渦輪出口存在旋流效應(yīng),將增大動(dòng)力渦輪導(dǎo)葉進(jìn)口攻角,導(dǎo)致二次流損失增加的耦合流動(dòng)機(jī)理。提出了通過(guò)動(dòng)力渦輪與增壓渦輪對(duì)轉(zhuǎn),以減小旋流效應(yīng)引起的動(dòng)力渦輪導(dǎo)葉二次流損失的對(duì)轉(zhuǎn)渦輪復(fù)合流動(dòng)控制方法,仿真結(jié)果表明動(dòng)力渦輪等熵效率提高達(dá)3.8%。通過(guò)建立兩級(jí)渦輪三維非定常模型,研究發(fā)動(dòng)機(jī)排氣脈沖對(duì)兩級(jí)渦輪流動(dòng)及性能的的影響。揭示了增壓渦輪對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣脈沖的增強(qiáng)效應(yīng),增大動(dòng)力渦輪轉(zhuǎn)子葉尖進(jìn)口攻角變化幅度,導(dǎo)致動(dòng)力渦輪等熵效率大幅度下降的耦合流動(dòng)機(jī)理。提出了通過(guò)葉尖前緣鈍化設(shè)計(jì),改進(jìn)動(dòng)力渦輪的脈沖適應(yīng)性,提高動(dòng)力渦輪性能的流動(dòng)控制新方法,仿真結(jié)果表明發(fā)動(dòng)機(jī)排氣脈沖周期內(nèi)動(dòng)力渦輪平均效率提高1.64%�；跂|風(fēng)DCI11發(fā)動(dòng)機(jī),設(shè)計(jì)試制了渦輪復(fù)合系統(tǒng),研制了變幾何渦輪復(fù)合內(nèi)燃機(jī)原理樣機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果表明,渦輪復(fù)合發(fā)動(dòng)機(jī)外特性燃油消耗率最大降低7.8%,發(fā)動(dòng)機(jī)低速轉(zhuǎn)矩最大提高達(dá)15.3%。
【關(guān)鍵詞】：內(nèi)燃機(jī) 余熱利用 渦輪復(fù)合 耦合流動(dòng) 對(duì)轉(zhuǎn)渦輪
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TK401
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 主要符號(hào)對(duì)照表9-13
• 第1章 引言13-31
• 1.1 內(nèi)燃機(jī)余熱利用技術(shù)研究背景及意義13-15
• 1.1.1 內(nèi)燃機(jī)節(jié)能減排需求13-14
• 1.1.2 內(nèi)燃機(jī)余熱利用技術(shù)14-15
• 1.2 內(nèi)燃機(jī)渦輪復(fù)合技術(shù)研究現(xiàn)狀15-24
• 1.2.1 內(nèi)燃機(jī)渦輪復(fù)合技術(shù)發(fā)展歷史16-18
• 1.2.2 內(nèi)燃機(jī)渦輪復(fù)合研究現(xiàn)狀與進(jìn)展18-24
• 1.3 兩級(jí)渦輪耦合流動(dòng)研究24-29
• 1.3.1 兩級(jí)渦輪間的耦合作用24-28
• 1.3.2 渦輪內(nèi)部流動(dòng)控制方法研究28-29
• 1.4 本論文的研究目的及內(nèi)容29-31
• 1.4.1 研究目的29
• 1.4.2 研究?jī)?nèi)容29-31
• 第2章 內(nèi)燃機(jī)渦輪復(fù)合循環(huán)流動(dòng)及控制方法研究31-71
• 2.1 渦輪復(fù)合循環(huán)耦合模型31-47
• 2.1.1 徑流式渦輪通流模型31-34
• 2.1.2 軸流式渦輪通流模型34-40
• 2.1.3 兩級(jí)渦輪耦合模型40-43
• 2.1.4 內(nèi)燃機(jī)模型43-47
• 2.2 匹配點(diǎn)工況參數(shù)對(duì)復(fù)合循環(huán)燃油消耗率和最優(yōu)面積比的影響47-58
• 2.2.1 動(dòng)力渦輪等熵效率的影響48-50
• 2.2.2 增壓渦輪等熵效率的影響50-52
• 2.2.3 渦輪排氣背壓的影響52-53
• 2.2.4 排氣溫度的影響53-55
• 2.2.5 增壓比的影響55-57
• 2.2.6 多參數(shù)綜合分析57-58
• 2.3 固定幾何渦輪復(fù)合內(nèi)燃機(jī)的全工況性能分析58-61
• 2.4 兩級(jí)渦輪變面積比控制方法研究61-69
• 2.4.1 動(dòng)力渦輪變幾何63-66
• 2.4.2 增壓渦輪變幾何66-69
• 2.5 本章小結(jié)69-71
• 第3章 渦輪復(fù)合兩級(jí)渦輪耦合流動(dòng)機(jī)理與控制研究71-97
• 3.1 兩級(jí)渦輪內(nèi)部流動(dòng)仿真建模71-79
• 3.1.1 控制方程與湍流模型71-74
• 3.1.2 邊界條件與數(shù)值格式74-75
• 3.1.3 數(shù)值計(jì)算網(wǎng)格75-77
• 3.1.4 仿真模型驗(yàn)證77-79
• 3.2 定常來(lái)流下兩級(jí)渦輪內(nèi)部流場(chǎng)結(jié)構(gòu)及流動(dòng)機(jī)理分析79-87
• 3.2.1 渦輪幾何參數(shù)79-80
• 3.2.2 發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定工況渦輪內(nèi)部流動(dòng)分析80-84
• 3.2.3 發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩工況渦輪內(nèi)部流動(dòng)分析84-87
• 3.3 對(duì)轉(zhuǎn)渦輪流動(dòng)控制方法87-95
• 3.3.1 兩級(jí)渦輪內(nèi)部流動(dòng)控制思路87-88
• 3.3.2 兩級(jí)渦輪內(nèi)部流動(dòng)匹配分析88-90
• 3.3.3 對(duì)轉(zhuǎn)渦輪流動(dòng)控制方法研究90-95
• 3.4 本章小結(jié)95-97
• 第4章 脈沖排氣對(duì)兩級(jí)渦輪影響機(jī)理及控制方法研究97-119
• 4.1 兩級(jí)渦輪三維非定常仿真計(jì)算設(shè)置97-102
• 4.2 脈沖來(lái)流下兩級(jí)渦輪內(nèi)部流動(dòng)特性及機(jī)理研究102-108
• 4.2.1 脈沖來(lái)流下兩級(jí)渦輪特性分析102-104
• 4.2.2 脈沖來(lái)流下兩級(jí)渦輪內(nèi)部流動(dòng)機(jī)理104-108
• 4.3 動(dòng)力渦輪葉尖前緣彎曲與鈍化聯(lián)合控制方法108-118
• 4.3.0 動(dòng)力渦輪葉型設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)述108-112
• 4.3.1 葉尖前緣彎曲112-115
• 4.3.2 葉尖前緣鈍化115-118
• 4.4 本章小結(jié)118-119
• 第5章 渦輪復(fù)合內(nèi)燃機(jī)性能試驗(yàn)驗(yàn)證研究119-126
• 5.1 試驗(yàn)設(shè)備及方案119-122
• 5.2 試驗(yàn)結(jié)果分析122-125
• 5.3 本章小結(jié)125-126
• 第6章 總結(jié)與展望126-129
• 6.1 研究總結(jié)126-128
• 6.2 研究展望128-129
• 參考文獻(xiàn)129-136
• 致謝136-138
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷、在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果138-139

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