车用涡轮增压器转子轴向气动作用力分析

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1、图书分类号TK413.3密级非密UDC621硕士学位论文车用涡轮增压器转子轴向气动作用力分析刘思蓉指导教师（姓名、职称）王强副教授申请学位级别全日制工学硕士专业名称机械工程论文提交日期2018年5月26日论文答辩日期2018年5月27日学位授予日期________年______月______日论文评阅人张晓东讲师王艳华副教授答辩委员会主席连晋毅教授2018年5月25日中北大学学位论文车用涡轮增压器转子轴向气动作用力分析摘要涡轮增压器轴向气动作用力的研究一直是旋转机械的难点，并且当下对于涡轮增压器的轴向气动作用力的研究也较少。增压器在高速运转过程中，压气机和涡轮叶轮两

2、侧的气动载荷分布不对称，形成沿轴线方向的作用力，该轴向作用力是影响增压器可靠性、增压器工作寿命的重要因素之一。探讨增压器气动轴向力的形成机制，有利于提升轴向力的预测能力，进而提升转子轴承的设计水平，提高增压器的可靠性。因此，本文将数值计算方法与传统经验公式所计算的轴向气动作用力进行对比，探究了考虑窄缝间隙的涡轮增压器转子轴向气动作用力随不同工况的变化情况。本文以某涡轮增压器为研究对象，分别建立涡轮增压器涡轮端、压气机端三维几何模型以及涡轮增压器整体几何模型。运用商业计算流体力学软件分别对涡轮增压器的压气机和涡轮的流场进行数值仿真，将数值计算的结果与传统理论方法的计算

3、结果进行对比，分析探究了涡轮增压器转子轴向气动作用力在不同叶顶间隙下和不同工况下的变化规律。本文的研究结果表明，压气机端轴向力受叶顶间隙影响较大，其变化趋势为随着叶顶间隙的降低，压气机端轴向力提高，在高转速区间该变化趋势更为明显；转速会对增压器轴向力的大小有明显的影响，随着转速的提高，增压器压气机端轴向力、涡轮端轴向力和涡轮增压器轴向力合力均呈现增大的趋势，但是增大的程度与增压器结构形式有关；增压器涡轮端轴向力合力随膨胀比的提高而增加，轴向力-膨胀比接近于线性变化；压气机端轴向力合力随压比的提高而增加，涡轮增压器轴向力随压比的增大而增大。关键词：涡轮增压器；转子轴向

4、气动作用力；叶顶间隙；数值模拟中北大学学位论文RotorAxialAerodynamicForceAnalysisofAutomotiveTurbochargerAbstractTheresearchontheaxialaerodynamicforceofturbochargershasalwaysbeenadifficultpointinthefieldofrotatingmachinery,andthereislessresearchontheaxialaerodynamicforceofturbocharger.Duringthehigh-speedopera

5、tionofsupercharger,theaerodynamicloadsaredistributedasymmetricallyonbothsidesofthecompressorandturbinewheeltoformanaxialforce.Theaxialforceisoneofthemostimportantfactorstoaffectthereliabilityandtheworkinglifeofsupercharger.Researchingtheformationmechanismoftheaerodynamicaxialforcecould

6、helptoimprovethepredicationabilityofaxialforcebetterandimprovethedesignleveloftherotorbearing,therebythereliabilityoftheturbochargerimproved.Therefore,theaxialaerodynamicforcecalculatedbythenumericalcalculationmethodarecomparedwiththeresultscalculatedbythetraditionaltheoreticalformula,

7、andthevariationoftheaxialaerodynamicforceoftheturbochargerrotorwithnarrowgapsunderdifferentworkingconditionsareexploredinthispaper.Inthispaper,takingaturbochargerastheresearchobject,thethree-dimensionalgeometricmodeloftheturbochargerturbineandtheturbochargercompressorandtheoverallgeo