可调向心涡轮增压器调节机构优化设计

中心差分并结合四 阶 耗 散 项 对 空 间 进 行 离 散,采
用四阶 RungeKu
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a格式进行时间推进求解;全
多重网格数设为 ３;
CFL 数设为 ３;采用当地 时 间
步长法、隐 式 残 差 光 顺 法 来 加 速 收 敛. 采 用 均 匀
图 ５ 定距套与可调导叶的周向分布
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n 个可调导叶通过安装轴活动地安装在叶片
座上并分布在 ３ 个 固 定 导 叶 之 间,固 定 导 叶 和 可
调导叶将此圆周等分.可调导叶的初始安装角度
大 小互不相等,即α１ ≠α２ ≠ ≠αn ,以使导叶入
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叶的周向分布情况,将导叶 ４、导叶 ７、导叶 １１ 作为
如图 ６ 所示.定距套结构方案的导叶流道网格共
分成 ７０ 块,总网格数为 ３４５８３２２.
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可调向心涡轮增压器调节机构优化设计———邢世凯 李聚霞 马朝臣等
体壁面取不渗透、无滑移、绝热的边界条件.选择
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初场条件,初始湍流黏度取 ０．
０００１m２/s.
２．
４ 计算模型验证
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图８为７５％ 导叶开度,相似转速５７３０r
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K１ ２)时 数 值 计 算 和 性 能 试 验 的 涡 轮 特 性 对 比
对来流方向的敏感 性,使 导 叶 安 装 角 与 增 压 器 设
计工况点相适应.
道的网格划分,生 成 蜗 壳 中 设 置 喷 嘴 座 和 蜗 壳 中
不设置喷嘴座两种结构的蜗壳流道网格.可调向
心涡轮 中 的 喷 嘴 座 结 构 如 图 ３ 所 示. 采 用 分 块
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改型设计方案中的固定导叶(
３ 个固定导叶周向非
均匀布置),其他导叶为可调导叶. 导叶流道网格
划分过程中,固定导叶的开度为增压器设计工况所
口与蜗壳出口的气 流 角 相 适 应,减 小 蜗 壳 出 口 气
对应的导叶开度,在任何工况下都保持在最初的安
流对导叶的冲击,减 小 由 于 导 叶 开 度 不 合 适 而 产
中在导叶形状、导叶开度变化、导叶叶端间隙等对
涡轮性能的影响方面 [６９].研究过程中,一般不考
虑喷嘴座或定距 套 结 构 的 局 部 流 动 干 扰,导 致 计
算结果与真 实 值 产 生 偏 差 [１０１１].因 此,在 数 值 计
算中应该充分考虑定距套或喷嘴座等特殊结构对
涡轮流场产生的影响,使数值计算更有指导意义,
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可调向心涡轮增压器调节机构优化设计———邢世凯 李聚霞 马朝臣等
可调向心涡轮增压器调节机构优化设计
邢世凯１ 李聚霞２ 马朝臣３ 陈立辉１ 李 晴１
河北师范大学职业技术学院,石家庄,
１．
０５００２４
石家庄信息工程职业学院,
石家庄,
２．
０５００３５
北京理工大学机械与车辆学院,北京,
３．
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d 模块 来 自 动 生 成. 将 叶 片 压 力
面、吸力面、轮缘线和轮毂线的 da
t几何数据文件
导入 Au
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d 中,通 过 设 定 叶 片 数 目,叶 轮 流 道
(
b)涡轮效率特性
展向、流向、周 向 网 格 节 点 数 等 控 制 参 数,生 成 完
整的叶轮流道网格.
固定导叶 ２．
可调导叶 ３．
叶片座
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２．
２．
２ 改型设计方案导叶流道的网格划分
图 ４ 所示为改型设计方案固定导叶与可调导
图 １ 增压器调节装置结构示意图
１０００８１
摘要:提出了一种新型的增压器调节机构设计方案,该设计方案取消了传统增压器调节机构中的喷
嘴座或定距套结构,利用 ３ 个固定导叶来控制喷嘴环的宽度.该设计方 案 力 图 减 小 蜗 壳 或 导 叶 流 道 中
由于特定结构所导致的局部扰动,减小其流动损失,提高涡轮效率.对 该 设 计 方 案 与 喷 嘴 座 结 构 方 案、
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算结果对比,从理论上验证了设计方案的可行性.
高等 学 校 自 然 科 学 研 究 青 年 基 金 资 助 项 目 (QN２０１３１０１７,
(
L２０１６B１５,
L２０１５K０８)
定距套结构方案进行相同工况的数值计算,通过计
１３９
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中图分类号:
TK４２１．
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０ 引言
有的可调向心涡轮增压器调节机构的以上缺点制
可调向心涡轮增压能在较宽广范围内适应车
用发动机的工 作 要 求,具 有 广 阔 的 应 用 前 景
２．
２．
５ 涡轮级的网格生成
生成蜗 壳、可 调 导 叶 及 叶 轮 流 道 的 计 算 网 格
图 ８ 计算模型验证
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装位置,始终保持不变.改型设计方案的导叶流道
生的流动损失.
２ 计算模型的建立与验证
网格共分成 ５５ 块,总网格数为２６１３６１１.
２．
１ 几何模型的建立
以某可调向心涡轮增压器径流式涡轮为研究
对象.该增压器采用单通道无叶蜗壳,包含 １１ 个
导流叶片和 ９ 个径 流 式 涡 轮 转 子 叶 片,转 子 叶 片
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FINE/Turbo软件包中的IGG 模块并进行蜗壳流
１４０
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d 模块自动生成,故在导叶流 道 中
增加定距套结构后,导 叶 流 道 网 格 的 生 成 难 度 增
加.经过 多 次 探 索 和 尝 试,定 距 套 采 用 分 流 叶 片
的方式进行网格划 分,最 终 生 成 的 导 叶 流 道 网 格
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y)网 格 技 术 提 高 网 格 质 量 和 网
格正交性. 得 到 蜗 壳 流 道 各 块 的 模 型 网 格 后,利
用 FINE/
IGG 连 接 功 能 中 的 完 全 非 匹 配 连 接 方
法,进 行 网 格 块 之 间 拓 扑 网 格 结 构 的 计 算 和
联通.
图 ３ 可调向心涡轮喷嘴座结构
图.涡轮特性测试原理及试验方法已在文献[
１３]
/
中进行了详细论述.
图 ６ 定距套结构方案的导叶流道网格
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(
a)涡轮流量特性
２．
２．
４ 叶轮流道的网格生成
叶轮 流 道 部 分 的 计 算 网 格,可 以 直 接 利 用
为涡轮的优化设计提供参考 [１２].
针对目前可调向心涡轮增压器调节机构存在
的上述问题,笔者 提 出 一 种 新 型 的 增 压 器 调 节 机
基金项目:河北省科技支撑 计 划 资 助 项 目(
１５２７３７０３D);河 北 省
构设计方案,并对该设计方案与喷嘴座结构方案、
QN２０１４１６４);河北师范大学博 士 基 金、应 用 开 发 基 金 资 助 项 目
入口气流角为０
°(直叶片).增压器涡轮级实体模
型如图 ２ 所示.
图 ４ 固定导叶与可调导叶的周向分布
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２．
２．
３ 定距套结构方案导叶流道网格划分
图 ５ 所示为定距套与可调导叶的周向分布情
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