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《发动机增压匹配的涡轮通流模型研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、第4期(总第170期)车用发动机No.4(SerialNo.170)2007年8月VEHICLEENGINEAug.2007·增压技术·发动机增压匹配的涡轮通流模型研究1112李亚卓,诸葛伟林,张扬军,张继忠(1.清华大学汽车工程系汽车安全与节能国家重点实验室,北京100084;2.柴油机高增压技术国防科技重点实验室,山西大同037036)摘要:建立了用于车用涡轮增压发动机匹配的涡轮通流模型。该模型根据进口条件和几何参数自动计算涡轮特性参数,能够有效地应用于可变截面涡轮与发动机的匹配;模型能够在整个工况范围内得到完整的涡轮特性,对涡轮增压发动机
2、进行全工况匹配及优化,还可以应用于发动机开发阶段的涡轮增压器选型,指导涡轮增压器的开发设计工作。模型基于一维定常流体动力学质量守恒、动量守恒和能量守恒方程,结合了损失和阻塞预测值,并应用3款不同结构参数的混流涡轮试验数据验证了模型的有效性。关键词:涡轮增压;涡轮通流模型;可变截面涡轮;匹配;模型预测中图分类号:U464.135.2;TK442文献标志码:A文章编号:100122222(2007)0420071207随着对车用动力经济性、动力性和排放性等方导涡轮增压发动机的匹配和涡轮增压器的设计,对面的进一步需求,涡轮增压技术逐渐成为车用内燃涡轮
3、增压发动机性能的进一步提高具有重要意义。机领域最主要的发展方向之一。GT2Power和1通流计算平台boost等仿真软件广泛应用于内燃机开发阶段以提高开发效率,缩短开发周期。目前,内燃机循环仿真通流计算平台以基于一维非定常流动计算的内工具中的涡轮增压模型基本都是基于对试验获得的燃机循环仿真软件为基础,应用涡轮和压气机性能压气机和涡轮性能MAP图进行插值和外推计预测模型取代目前使用的涡轮和压气机性能MAP[122]算。这种匹配方法具有很大的局限性。首先,在图,其基本流程如图1所示。本研究主要对涡轮通涡轮性能试验中,因高速测功机设计精度要求高、造流
4、模型进行详细探讨。价昂贵等原因,通常使用压气机作为测功元件。受压气机尺寸和运行范围的限制,难以得到整个工况范围内的性能曲线,不能满足现代内燃机对全工况范围内的性能需求。其次,可变几何涡轮增压器无论是导叶还是进口截面或者涡壳的连续变化,都增加了试验的难度和数据的覆盖性,使得可变喷嘴涡轮增压器与发动机的合理匹配与优化控制在基于试验MAP图的匹配方法下具有很大难度。另外,在发动机的初步设计阶段,涡轮增压器难以确定;在发动机的改进中,涡轮增压器一般作为不可变参数,极大地限制了发动机性能的优化。仿真的最终目的是图1通流计算平台基本流程示意图为发动机的设计
5、和优化提供理论依据和指导方向,正如卡诺循环作为仅在理论上存在的理想循环,却2涡轮通流模型为发动机的研究指明了方向的作用相似,建立用于发动机仿真计算平台的涡轮增压器通流模型能够指理想的涡轮通流模型是能够反映内部流动过程收稿日期:2007205225;修回日期:2007208213基金项目:863计划资助(2006AA11A102);湖北省流体机械与动力工程装备技术重点实验室开放研究基金(20072081012)作者简介:李亚卓(1977—),男,北京市人,硕士,主要研究方向为发动机热流体学;E2mail:liyazhuo04@mails.tsin
6、ghua.edu.cn。·72·车用发动机2007年第4期的非定常模型,然而此模型的建立需要大量非定常率,只在叶轮中(4～6)出现,试验数据的支持和更深入的流动机理研究。本研究WÛ=Δh0=cp(T04-T06)=u4cθ4-u6cθ6。建立的涡轮定常通流模型弥补了试验MAP图在涡式中,cθ4和cθ6分别为叶轮进出口切向速度分量。轮增压发动机匹配中的不足:第一,通流模型能在整而叶轮的理想等熵比功率为(k-1/k)个工况范围内计算出涡轮的特性,对涡轮增压发动Wis=Δh0s=cpT04[1-(p06/p04)]。机进行全工况匹配及优化;第二,通过
7、对模型中导叶叶轮出口截面6上的温度和压力有如下关系:2安装角等几何参数进行修改,可以对可变截面涡轮T6w6T04p6(k-1/k)=1-2[1-()]。(4)与发动机进行匹配设计与优化;第三,通流模型能够T06w6ST06p04应用于涡轮增压发动机开发阶段涡轮增压器的选式中,w6和w6S分别为叶轮出口截面的实际相对速型,指导涡轮增压器的开发设计工作。度和等熵相对速度。根据速度三角形,w,c,u的关2.1数学模型系为2.1.1基本假设w6cosβ6=cm6,(5)涡轮定常通流模型基于以下假设:w6sinβ6+u6=cθ6。·涡轮内的流动是一维准稳
8、态流动,流道界面式(4)、式(5)与式(1～3)结合总、静参数关系式组成气体状态以平均参数表示;封闭式方程组,由已知叶轮进口截面参数计算出口·流体的比
