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《压气机进气弯管流场的计算与分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、第3期(总第349期) 内燃机车 2003年3月计算·分析压气机进气弯管流场的计算与分析121冀春俊,安邦贤,孙 晋(11大连理工大学动力工程系,辽宁大连116023;21大连机车研究所,辽宁大连116021)摘要:运用先进的CAD建模技术和计算流体力学分析手段对两种压气机进气弯管进行了三维气动计算分析,得到了弯管内的速度、压力等分布,计算得出了两种进气弯管的压力损失和进气效率。从气动力学角度分析了影响弯管效率的因素,并通过对计算结果的分析比较指出了设计优化的方向。关键词:压气机进气弯管;流场;计算;分析;CAD;三维计算
2、中图分类号:TK42315文献标识码:B文章编号:100321820(2003)032007205的三维几何模型。我们采用了流行的三维建模工1 前言具Pro/Engineer,利用其强大高效的三维建模功能建立了进气弯管内计算流域的三维几何模型,如图 压气机进气弯管引导其进气方向,它的流道设1、2所示:为了计算导叶轮前的气流组织,其中包计直接影响压气机导风叶轮进口气流的均匀性与括了弯管出口到导叶轮前的计算流域。稳定性,影响增压器的性能参数与喘振裕度,因此进气弯管是一个很重要的部件。但压气机进气弯管的设计工作却没有得到足够的重视,针对压气机进气弯管内部流动的研究
3、工作鲜于报道,对其设计的一般原则和优化还未明确。本文从工程实际问题出发,根据两种不同型号进气弯管的设计图纸建立三维几何模型,并运用先进的网络生成工具和流体分析软件包对其进行了计算分析,研究结果可用于指导压气机进气弯管的优化设计。2 三维几何模型的建立 本文计算的模型是基于工程实际中的两种不图1 原模型的三维几何模型同的压气机进气弯管,首先面临的问题就是要根据二维的工程设计图纸建立起实际弯管内计算流域3 三维气动计算过程311 计算网络的划分收稿日期:2002201210作者简介:冀春俊(1962—),男,河南镇平人,副教授; 进行气动计算,首先要对已建立的
4、三维几何模安邦贤(1969—),男,辽宁大连人,高级工程师;孙 晋型进行网络划分。由于此几何模型是很不规则的(1976—),男,山东青岛人,硕士研究生。渐变模型,而且其几何型面复杂,如采用简单的网8 内燃机车2003年312 计算边界条件 计算边界条件是根据压气机进气弯管的实际工作环境来设定的。进气弯管的进口置于大气环境,因此参考压强设为大气压强,其它边界条件设置为:进口:气流速度v=30m/s,气体温度T=293K;出口:此处使用流动分裂条件,指定分裂因子为1。边界条件的位置如图5、图6所示。图2 新模型的三维几何模型格划分或分块技术都是很费时和不可
5、行的,因此我们使用了先进的网格自动生成软件:ProAM.这种软件能处理复杂的几何形状,并能对网络自动优化。其生成的网格见图3、图4。图5 原模型的边界条件设置图3 原模型的网格划分图6 新模型的边界条件设置313 计算模型和计算过程 进气弯管流道形状复杂,流场具有三维特征,为准确地模拟其内部流场,反映气流组织的详细情况,必须使用三维计算模型。通过计算弯管内流动的雷诺数:ρvd图4 新模型的网格划分Re=μ2式中:ρ为空气密度,取11205kg/m;第3期(总第349期)冀春俊等:压气机进气弯管流场的计算与分析 9v弯管进口处的平均速度:30m/s
6、;d弯管的特征高度,此处取为进口高度01193m;-5μ流体的动力粘性系数,取1181×10kg/ms。5算得雷诺数为318×10,即Re>5000,因此弯管内的流动为湍流。此处采用工程中应用广泛且较为准确的k-ε双方程湍流模型来模拟这种湍流流动。k、ε的初值根据以下公式给出:2k=115×(U×I)式中:U进口处平均速度,取100m/s;图8 新模型纵截面速度分布I湍流强度,取0101。0175115Cμ·kε=L式中:Cμ湍流模型系数,取0109;L混合长度,取特征长度的10%,即010193m。针对定常的流动状况,计算过程采用SIMPLE算法进行。4 计
7、算结果与分析 经过以上的计算过程,得到了进气弯管内的压图9 原模型纵截面压力分布力、速度等的分布。图7、图8是计算流域纵截面的速度矢量图,而图9、图10为相应的压力分布图。图10 新模型纵截面压力分布图7 原模型纵截面速度分布位置的压力变化,原模型会引起较大的压力损失,而改进模型的压力变化平缓,压力损失应当较小。从图7、图8中可以看出,原模型的底部转角处速度明显降低,上部转角处流动加速,并且有气流通过下面对进气弯管的压力损失和效率的计算也可以验证这一点。分离现象,会引起附面层分离,造成较大的总压损流速为30m/s、流量为3kg/s时,对原模型和改失;而改进模
8、型中流动速度变化较小,没有明显的进模型
