CFD在涡轮排气管增压器流场分析中的应用.pdf

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1、李元颖冯耀南杨晓琴：CFD在涡轮排气管增压器流场分析中的应用1CFD在涡轮排气管增压器流场分析中的应用ApplicationofCFDTechnologyintheAnalysisofMulti——manifoldTurbocharger李元颖冯耀南杨晓琴(中北大学)[摘要]本文借助三维数值模拟软件Numeca，建立了涡轮排气管增压器涡轮机的网格模型，对涡轮排气管增压器(即增压器与排气管集成)的涡轮及排气歧管内部流场分布情况进行了稳态模拟。结果表明：涡轮排气管各进出口的总压差分布不均，以2#进口进气时总压损失最大，此外，

2、对涡轮内部流场及温度场也进行了分析，流场及温度场整体分布比较均匀，流场局部还存在一定的改善空间。可见，CFD技术对于优化涡轮增压器涡轮及排气管的设计，改善增压器性能具有很好的指导意义。[关键词]Numeca排气歧管增压器模拟Abstract：Thegridmodelofmulti—manifoldturbochargerisestablishedbyusingNUMECAnumer-icalsoftwareinthispaper，andtheinnerflowdistributionoftheturbineandmani

3、foldissimulated，Theresultshowsthatthetotalpressuredifferencesbetweeninletandoutletofeachmanifoldisdifferent，andtheNo．2inlethasthemaximumlosslevel，furthermore，thetemperatureandtheinnerflowfielddistri—butionofturbineareanalysed，andfindtheflowfieldandtemperatureallo

4、cationareuniform，thoughthereexistlocalregionneedtoenhance．SowecanfindtheCFDtechnologyisofgreatsignificanceforthedesignoftheexhaustmanifoldandturbine，andhelpfultoenhancetheentireperformanceofthetur—bocharger．Keywords：NumecaManifoldTurbochargerSimulationU刖舌随着汽油机废气涡

5、轮增压器技术逐渐成熟起来，汽油机涡轮增压器在提升不同大小规格的汽油机功率上作用越来越明显，但随着增压发动机往更低排量发展的趋势，发动机整体体积也在不断减小，为了保证发动机结构紧凑，传统的涡轮增压器占据空间较大已经不能满足此类产品的需求，涡轮排气管增压器的出现则解决了上述问题，国内目前对涡轮排气管增压器的流场分析研究还处于起步阶段，多见于单独对排气管或增压器流场分析。李智安⋯利用Fluent平台，对排气歧管内部压力和速度的分布情况进行了模拟和分析，作为发动机排气歧管的设计指导。黄键等心3应用Fluent软件建立了柴油机排气

6、歧管的计算流体动力学模型，对排气歧管进行了流场分析及优化设计，改善了排气效果。P．Gopaletal【3o采用CFD对排气歧管背压进行了优化，进而提高了发动机燃烧效率。马帅营等【43对排气歧管进行了稳流试验，并建立了排气歧管的三维实体内流场结构模型，应用计算流体动力学(CFD)三维软件AVL—FIRE仿真了试验条件下排气歧管内流场由仿真得到的排气歧管进出口压力损失与试验结果具有较好的一致性。对引起排气歧管各支路压力损失差异的原因进行了分析，为排气歧管进行优化提供可靠的依据。本文主要采用CFD方法分析增压器涡端流场，为涡端

7、排气歧管及涡轮的优化设计提供理论基础。1控制方程和数值方法计算采用FINE／Turbo软件包，求解三维雷诺平12内燃机与配件2014年第11期均N—S方程组。FINE／Turbo软件包的EURANUS求解器块进行数值计算，应用格子中心有限体积法，空间采用添加人工粘性项的二阶中心差分格式；计算采用三层多重网格结合变时间步长及残差光顺方法进行收敛加速，叶轮进口为全湍流，湍流模型使用Spalart—Allmaras一方程模型。EURANUS是一个基于三维N—S方程的求解器。笛卡儿坐标系下Navier—Stokes方程如式：dU

8、——-I-函皇!!!±!!!J．生!堡!±堡!!溉ay+掣：q出1增压器涡端三维CFD稳态计算是通过计算各支管流量的均匀性及流场的流通来衡量排气管设计的好坏。在分析时，以任一排气管的进口定义人口边界条件，其余进口作为固壁边界条件处理，然后逐步分析每个排气管进口时的流场分布。对涡轮排气管岐管进口施加绝对总压、绝对总温以