本文關(guān)鍵詞：葉輪設(shè)計對車用渦輪增壓器壓氣機的效率及噪聲影響的研究

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【摘要】：在汽車保有量不斷增高的今天,汽車尾氣排放已成為城市污染的主要來源之一。日益嚴(yán)苛的機動車尾氣排放限制和高昂的油價使得汽車發(fā)動機小型化成為技術(shù)發(fā)展的大勢所趨。而渦輪增壓技術(shù)正是發(fā)動機小型化的核心所在。在車用渦輪增壓器中,壓氣機是壓縮空氣的做功核心部件,效率和噪音是評價壓氣機好壞的重要指標(biāo)�，F(xiàn)有的研究多數(shù)只關(guān)注到其中的某一個優(yōu)化目標(biāo),很少同時對兩個目標(biāo)進行優(yōu)化。本文通過改變壓氣機葉輪的結(jié)構(gòu)參數(shù),對不同參數(shù)下的壓氣機模型進行數(shù)值模擬仿真,利用仿真得到的結(jié)果來探討葉輪結(jié)構(gòu)參數(shù)對壓氣機效率和噪聲的影響并且通過雙目標(biāo)優(yōu)化得到最優(yōu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)組合。首先,本文基于計算流體力學(xué)(Computational Fluid Dynamics)分析工具ANSYS中的組件BladeGen對葉輪模型進行參數(shù)化建模,并分別完成不同參數(shù)葉輪模型和流道模型的建立;利用TurboGrid完成拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計和網(wǎng)格劃分,在CFX中設(shè)置邊界條件、選擇湍流模型和噪聲模型等仿真參數(shù),并利用CFX-Solver求解器的穩(wěn)態(tài)模型對車用渦輪增壓器壓氣機葉輪的工作進行仿真。其次,在合理的葉輪結(jié)構(gòu)參數(shù)范圍內(nèi)設(shè)計不同參數(shù)水平的正交試驗。對數(shù)值模擬正交試驗進行結(jié)果整理,通過極差分析法和擬合分析法評價各結(jié)構(gòu)參數(shù)對壓氣機效率、噪聲影響的顯著性,通過多項式回歸的方法,分別擬合各結(jié)構(gòu)參數(shù)與效率和噪音的影響效應(yīng)曲線,給出參數(shù)與優(yōu)化目標(biāo)間的關(guān)系,結(jié)合CFX后處理云圖、矢量圖、跡線圖等可視化工具分析各結(jié)構(gòu)參數(shù)對于離心式壓氣機效率和噪聲的影響方式和機理。最后,用直觀分析法和綜合評分法進行效率、噪聲的雙目標(biāo)優(yōu)化,得到最優(yōu)的葉輪參數(shù)組合并與初始模型進行對比。本文優(yōu)化得到的最優(yōu)葉輪參數(shù)組合達到設(shè)計目標(biāo),通過雙目標(biāo)優(yōu)化方法提升了初始模型的效率和噪聲表現(xiàn)；研究過程中得到的分析結(jié)果可為車用渦輪增壓器壓氣機的開發(fā)提供理論和數(shù)據(jù)支持,有助于提高并改善車用渦輪增壓器壓氣機的開發(fā)成本和設(shè)計效果。
【關(guān)鍵詞】：渦輪增壓器 壓氣機 CFD 優(yōu)化設(shè)計 效率 噪聲
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U464.135
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-22
• 1.1 課題背景10-12
• 1.2 增壓器分類12-14
• 1.2.1 機械增壓12
• 1.2.2 廢氣渦輪增壓12-13
• 1.2.3 離心式與軸流式壓氣機13-14
• 1.3 課題國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-18
• 1.3.1 壓氣機葉輪研究現(xiàn)狀15
• 1.3.2 壓氣機擴壓器研究現(xiàn)狀15-16
• 1.3.3 壓氣機蝸殼研究現(xiàn)狀16-17
• 1.3.4 壓氣機噪聲研究現(xiàn)狀17-18
• 1.4 課題意義18-20
• 1.5 論文的技術(shù)路線和框架20
• 1.6 本文的主要工作20-22
• 第二章 車用渦輪增壓器壓氣機及噪聲理論基礎(chǔ)22-35
• 2.1 離心式壓氣機基本理論22-25
• 2.1.1 離心式壓氣機做功原理22-24
• 2.1.2 流體速度三角形模型24-25
• 2.2 噪聲理論基礎(chǔ)25-30
• 2.2.1 聲強理論25-27
• 2.2.2 噪聲預(yù)測模型27-30
• 2.3 CFD技術(shù)基礎(chǔ)30-33
• 2.3.1 CFD技術(shù)概述30
• 2.3.2 湍流理論及數(shù)值模擬方法30-33
• 2.4 本章小結(jié)33-35
• 第三章 車用渦輪增壓器壓氣機葉輪參數(shù)化建模方案35-46
• 3.1 車用渦輪增壓器壓氣機性能參數(shù)設(shè)計35
• 3.2 葉輪氣動設(shè)計35-43
• 3.2.1 葉輪入口參數(shù)設(shè)計36-38
• 3.2.2 葉輪形式設(shè)計38-40
• 3.2.3 葉輪出口參數(shù)設(shè)計40-42
• 3.2.4 葉輪氣動設(shè)計小結(jié)42-43
• 3.3 葉輪參數(shù)設(shè)計校核43-45
• 3.4 本章小結(jié)45-46
• 第四章 車用渦輪增壓器壓氣機葉輪數(shù)值仿真46-60
• 4.1 CFD仿真流程46
• 4.2 葉輪幾何模型建立46-48
• 4.3 網(wǎng)格劃分策略48-51
• 4.3.1 網(wǎng)格劃分工具選擇48-49
• 4.3.2 網(wǎng)格劃分方式49-50
• 4.3.3 網(wǎng)格劃分質(zhì)量及優(yōu)化50-51
• 4.4 數(shù)值求解方案51-57
• 4.4.1 數(shù)值求解工具的選擇51-52
• 4.4.2 湍流模型的選擇52-54
• 4.4.3 噪聲模型選擇54-55
• 4.4.4 預(yù)處理設(shè)置55-57
• 4.5 求解結(jié)果及后處理57-58
• 4.6 本章小結(jié)58-60
• 第五章 車用渦輪增壓器壓氣機葉輪仿真結(jié)果分析及多目標(biāo)優(yōu)化60-85
• 5.1 正交實驗60-66
• 5.1.1 正交實驗的設(shè)計60-62
• 5.1.2 正交實驗結(jié)果62-63
• 5.1.3 正交實驗結(jié)果分析63-66
• 5.2 優(yōu)化目標(biāo)與結(jié)構(gòu)參數(shù)關(guān)系分析66-80
• 5.2.1. 優(yōu)化目標(biāo)與葉輪入口輪轂尺寸D_(h1)關(guān)系曲線66-67
• 5.2.2 優(yōu)化目標(biāo)與葉輪入口輪緣尺寸D_(s1)關(guān)系曲線67
• 5.2.3 葉輪入口尺寸對優(yōu)化目標(biāo)的影響分析67-73
• 5.2.4 優(yōu)化目標(biāo)與葉輪出口角β_2關(guān)系曲線73-74
• 5.2.5 葉輪出口角β_2對優(yōu)化目標(biāo)的影響分析74-77
• 5.2.6 葉輪入口角β_1與優(yōu)化目標(biāo)關(guān)系分析77-79
• 5.2.7 優(yōu)化目標(biāo)與葉片數(shù)Z關(guān)系分析79-80
• 5.3 雙目標(biāo)優(yōu)化80-83
• 5.3.1 直觀分析法80-81
• 5.3.2 綜合評分法81-83
• 5.3.3 優(yōu)化結(jié)果對比分析83
• 5.4 本章小結(jié)83-85
• 第六章 結(jié)論與展望85-88
• 6.1 主要研究成果85-86
• 6.2 創(chuàng)新點86-87
• 6.3 后續(xù)工作展望87-88
• 參考文獻88-93

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