本文關(guān)鍵詞：向心渦輪可調(diào)導(dǎo)流葉片設(shè)計及內(nèi)部流場分析

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【摘要】：渦輪增壓技術(shù)是實現(xiàn)發(fā)動機節(jié)能環(huán)保的關(guān)鍵技術(shù)之一,尤其是裝有可調(diào)導(dǎo)葉向心渦輪的增壓器由于可以在全工況內(nèi)實現(xiàn)和發(fā)動機的良好匹配,已經(jīng)成為提高發(fā)動機動力性和燃油經(jīng)濟性的基本技術(shù)途徑。在發(fā)動機低轉(zhuǎn)速時,可調(diào)導(dǎo)葉向心渦輪往往處于導(dǎo)葉小開度工況,因此導(dǎo)葉小開度時可調(diào)渦輪的整級效率以及其內(nèi)部流動特性成為研究人員目前重點關(guān)注的對象。此外,在導(dǎo)葉小開度大膨脹比下,如發(fā)動機剎車制動工況下,導(dǎo)流葉片尾緣附近容易形成激波,激波會誘導(dǎo)下游渦輪葉片發(fā)生高周疲勞斷裂。目前,針對導(dǎo)流葉片內(nèi)部流動的研究主要集中在導(dǎo)葉間隙泄漏流以及其對渦輪性能的影響,對導(dǎo)流葉片的設(shè)計以及導(dǎo)葉尾緣激波的弱化研究較少。在可調(diào)導(dǎo)葉向心渦輪中,應(yīng)用氣動性能更好的導(dǎo)流葉片,提高渦輪整級效率以及減弱導(dǎo)葉尾緣激波強度是本課題研究的初衷。針對可調(diào)導(dǎo)葉向心渦輪由于導(dǎo)葉段過度加速而引發(fā)的強激波和端壁泄漏損失,設(shè)計了一種具有后加載特性的導(dǎo)葉,并在整級環(huán)境下對其氣動性能進行了研究。首先將原模型導(dǎo)流葉片小開度下數(shù)值計算與實驗結(jié)果相對比,驗證數(shù)值計算的有效性,然后分別將原模型和新模型進行了定常/非定常計算,并對兩種模型進行內(nèi)部流場分析。本文設(shè)計了一種后加載葉型。數(shù)值結(jié)果表明:與具有前加載特性的原始葉型相比,后加載導(dǎo)葉可通過降低導(dǎo)葉端壁泄漏渦強度來減小導(dǎo)葉段總壓損失,來減小導(dǎo)葉段總壓損失,提高渦輪級效率;因后加載型導(dǎo)葉在導(dǎo)葉段流域內(nèi)速度梯度變化較為均勻,減弱了導(dǎo)葉通道喉部激波和尾緣激波;導(dǎo)葉間隙泄漏流的減弱和尾緣激波的消除使得轉(zhuǎn)子葉片表面靜壓波動強度有較大程度降低,增加了轉(zhuǎn)子葉片的可靠性。在設(shè)計葉型的基礎(chǔ)上,重點研究了導(dǎo)流葉片吸力面形狀對渦輪性能的影響。通過對設(shè)計葉型吸力面型線改型,研究了導(dǎo)葉吸力面前緣外凸與吸力面尾緣內(nèi)凹兩種情況。結(jié)果表明:隨著吸力面前緣外凸或者尾緣內(nèi)凹程度增大,導(dǎo)流葉片的加載形式發(fā)生改變,導(dǎo)葉葉端間隙泄漏損失增大,渦輪級的效率下降,說明吸力面趨近于平直形狀時的渦輪性能較好。
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TK401

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本文編號：1173217