jk90s可变喷嘴涡轮内激波特性研究

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1、中图分类号：TK421.8UDC分类号：621.5JK90S可变喷嘴涡轮内激波特性研究作者姓名徐建会学院名称机械与车辆学院指导教师祁明旭副教授答辩委员会主席马朝臣教授申请学位级别工学硕士学科专业动力工程及工程热物理学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015.6.9JK90SVariablenozzleturbineshockwavecharacteristicresearchCandidate:XuJianhuiSchoolorDepartment:MechanicalEngineeringFacultyMentor:AssociateProf.QiMingxuChair,Thes

2、isCommittee:Prof.MaChaochenDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor:.PowerEngineeringandEngineeringthermalphysicDegreeby:.BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：June,9,2015北京理工硕士学位论文研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其

3、它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工硕士学位论文摘要可变喷嘴涡轮增压器可以有效的改善车用内燃机动力性、经济性和排放性能，有着明确的应用前景。在大负荷高膨胀比或导叶制动工况下，喷嘴出口常伴随着强激波，而激波、间隙泄漏流等诱发了转子叶片前缘的高周疲劳断裂现象。为了能够了解转子叶片的失效原因，本文基于JK90S径流涡轮，采用数值模拟的方法，对喷嘴激波特性进行研究，并进行了以下工作：首先，采用定常计算方法对可调涡轮内部流动和性能进行了分析，并采用实验数据对所采用的数值方法

4、进行了验证。其次，基于非定常数值计算，研究了喷嘴不同开度对喷嘴尾缘激波的影响。比较了不同开度下喷嘴尾缘激波的强度和不同时刻转子掠过喷嘴尾缘过程中激波的强度和位置的变化。结果表明：转子叶片从靠近到远离喷嘴过程中，喷嘴尾缘激波一直存在，激波强度先升高后降低；在这一过程中激波产生的位置向喷嘴上游移动。不同开度结果对比表明：20度开度时激波的强度整体上小于15度开度，激波产生的位置沿导流叶片向其下游移动。不同膨胀比结果对比表明：随着膨胀比的增大，激波强度逐渐增强；激波产生的位置随着膨胀比的增大激波产生的位置向喷嘴上有移动。再次，研究了喷嘴出口尾迹的形态和间隙泄漏流对流动的影响。结果表明，喷嘴

5、间隙泄漏流会在喷嘴出口叶顶和叶根处形成高熵区，造成较大的流动损失。喷嘴尾迹运输距离约为0.8倍节距，随着转子叶片的转动，尾迹的运输会被转子叶片打断。最后，分析了喷嘴不同开度下转子叶片的压力分布和叶片载荷，喷嘴有间隙和无间隙状态下转子叶片压力分布。结果表明，不同开度静压波动主要出现在转子叶片前缘的位置，吸力面的压力波动更为明显；沿叶高方向，50%叶高处压力波动最剧烈；有无喷嘴间隙时转子叶片压力面与吸力面的静分布对比结果表明，喷嘴根部和顶部的间隙流导致叶轮表面的静压力的波动幅度增加。关键词：涡轮；可变喷嘴；激波特性；喷嘴开度I北京理工硕士学位论文ABSTRACTVariablenozzl

6、eturbochargercaneffectivelyimprovetheperformances,fueleconomyandemissionfueleconomyandemissionlevelofinternalcombustionengineandhasanoptimisticapplicationprospect.Underhighloadoperationpointswithlargeturbineexpansionratio,oncertainsuddenbreakingconditions,thenozzleexitisoftenaccompaniedbystrong

7、shockwave,whichintroduceshighfrequencyandstrongexcitingforcesontheimpeller.Theexcitingforcecanpotentiallyleadtoimpellerhighfrequencyfatigue.Inordertoinvestigatetheshockwavebehaviorthatintroduceshighfrequencyfatigue,numericalstudyo