柴油机废气涡轮增压蜗壳冷却流场及工作过程仿真的研究

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1、图书分类号TK422密级非密注1UDC621.4硕士学位论文柴油机废气涡轮增压蜗壳冷却流场及工作过程仿真研究指导教师苏铁熊教授张俊跃研究员王强讲师申请学位级别工学硕士专业名称动力机械及工程论文提交日期2012年4月20日论文答辩日期2012年6月04日学位授予日期年月日论文评阅人李雅青副教授刘汉涛副教授答辩委员会主席张儒华研究员2012年4月20日原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献

2、的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：日期：关于学位论文使用权的说明本人完全了解中北大学有关保管、使用学位论文的规定，其中包括：①学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；②学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文；③学校可允许学位论文被查阅或借阅；④学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；⑤学校可以公布学位论文的全部或部分内容（保密学位论文在解密后遵守此规定）。签名：日期：导师签名：日期：中北大学学位论文柴油机废气涡轮增压蜗壳冷却流场及工作过程仿真研究摘要高原用废气

3、涡轮增压柴油机普遍存在进气冷却不充分、功率输出不理想、热负荷和排气温度较高等问题。针对该问题，本文在前人研究的基础上提出蜗壳冷却的概念。应用CFX软件开展了压气机原机空气流动流场的数值仿真研究，并通过试验验证仿真方法的正确性；在这个前提下设计了水冷蜗壳、铜管冷却及环形中冷方案并计算分析了其流场；利用GT-POWER软件，以蜗壳冷却后的出口面积平均温度及面积平均压力为环境参数计算分析了柴油机性能的变化。研究表明，蜗壳冷却可以有效地解决高原用废气涡轮增压柴油机的问题。本文以某直列四缸中冷柴油机废气涡轮增压压气机为例，运用流体动力学软件CFX建立了压

4、气机流场仿真模型。假定压气机内复杂流动与传热数值模拟的物理模型为三维、稳态、无内热源的粘性可压缩流体的湍流流动与传热。在计算中采用非结构化网格离散计算域，为了排除网格的数量对于仿真计算结果正确性的干扰，对压气机的仿真模型进行了网格无关解的研究，并通过与试验结果的对比来验证仿真计算方法的正确性。根据对压气机原机仿真模型的计算分析，设计了铜管冷却、水冷蜗壳、环形中冷器的蜗壳冷却结构改进方案，并分别计算分析了铜管冷却、水冷蜗壳（采用原机模型）的流场仿真模型。利用验证后的方法分别对蜗壳冷却方案进行仿真计算并分析其流场。最后通过与原机的对比分析得出蜗壳冷

5、却各方案的优劣。由于对废气涡轮增压进行蜗壳冷却后会造成柴油机的进气密度发生变化，进而造成对柴油机的整机性能产生影响，因此，在进行完压气机蜗壳冷却方案的仿真研究分析后，有必要对柴油机的整机性能进行仿真研究。本文以柴油机工作过程模拟计算软件GT-POWER为工具，利用缸内过程计算模型、进排气管系计算流动模型、涡轮增压器模型、中冷器模型、摩擦模型建立柴油机工作过程仿真模型，并对该柴油机及其涡轮增压系统进行标定来满足柴油机各技术参数。以标定好的柴油机及涡轮增压系统为基础，以蜗壳冷却前后压气机出口参数为环境条件来仿真计算柴油机性能的变化，通过计算发现水冷

6、蜗壳的冷却方案可以部分的优化柴油机的性能。中北大学学位论文关键词：柴油机，废气涡轮增压，蜗壳冷却，流场，仿真研究中北大学学位论文TheStudyoftheCoolingFlowFieldandtheWorkProcessSimulationontheDieselTurbochargerdiffusercoolingAbstractPlateauturbochargeddieselenginewithwastegasarecommonexistaircoolingnotfully,poweroutputisnotideal,theheatload

7、andexhausttemperatureishigher.Thearticleaimingatthisissue,basedontheformerresearchputforwardtheconceptofthevolutecooling.ApplicateinCFXsoftwaretosimulationtheairflowincompressor,andverificationthecorrectnessofthesimulationmethodthroughthecomparisonwiththetestresults;Inthispr

8、emisedesignwater-cooleddiffuser,copperpipecooling,ringinter-cooleddeviceand