涡轮增压器的流动模拟方法综述

ｉ ｎｇ ｉ ｎｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｉ ｎｇ ｌ ｙ ｃ ａ ｕ ｔ ｉ ｏ ｕｓ ａ ｂ ｏ ｕ ｔ ｐ ｏ ｌ ｌ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎｄ ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ ｒ ｅ ｓ ｏ ｕ ｒ ｃ ｅ ｓ ． Ａ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｌｕ ｆ ｅ ｎ ｔ ｉ ｎ ｔ ｕｒ ｂ ｏ ｃ ｈ ａ ｒ ｇ ｅ ｒ ｉ ｓ
型 。在实 验 条 件 下 对 模 型 进 行 分 析 并 根 据 几 何 相
数 值模 拟法 ，即通 过 建立气 体 流动 的物 理模 型 并 进行 数值计 算从 而得 出模 拟结 果 。物理 模 型 由流
动 的特 点进行 不 同 的假 设 和限定 ，从 而把 实 际 的流 动 问题 抽象成 由参 数组 建 而成 的模 型 。一 般工 程应 用 中常按流 动特 点将 物理模 型分 为零 维模 型 、一 维 模 型 和多维模 型 。本 文所讨 论 的涡 轮增压 器 内部 流 动属 于三 维 流 动 ］ 。除 了物 理 模 型 ，数 值 计 算 也 是 模 拟方法 的重 要基 础 ， 目前应 用 最广 泛 、最成 熟 的是 有 限元法 和有 限差 分法 。有 限元基 本 思想是 把
究 涡轮 增 压 器的流 动模拟 方 法 ，总 结和 概 括 了在模 拟 增压 器 内部 流 动 方 面 的一 般 方 法和 普 遍 规 律 ，对充 分 了解增 压 器 内的 流动过 程 并改善 其 工作性 能具 有一 定意 义。 ［ 关键 词 ］ 涡轮 增 压 器 流动 模拟 方法
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｐｒ ｅ ｓ ｓ ｕｒ ｅ Ｂｏ ｏ ｓ ｔ ，ｅ ｓ ｐ ｅ ｃ ｉ ａ ｌ ｌ ｙ ｔ ｕ ｒ ｂ ｏ ｃ ｈ ａ ｒ ｇ ｅ ｒ ｂｅ ｃ ｏ ｍｉ ｎｇ ｍｏ ｒ ｅ ａ ｎ ｄ ｍｏ ｒ ｅ ｃ ｏ ｍｍ ｏ ｎ ａ ｓ ｐｅ ｏ ｐ ｌ ｅ ｂ ｅ －
ｉ ｍｐ ｏ ｒ ｔ ａ ｎｔ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ ｈｉ ｇ ｈ ｅ ｆ ｉｃ ｆ ｉ ｅ ｎ ｃ ｙ ｔ ｕ ｒ ｂｏ ｃ ｈ ａ ｒ ｇ ｅ ｒ ．Ｔ ｈｉ ｓ ａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅ ｓ ｙ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｚ ｅ ｔ ｈ ｅ ｌｕ ｆ ｅ ｎ ｔ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ｅ —
的能量来 驱动 涡 轮 ，并 由涡轮带 动压 气机 工作 ，从 而提 高 了 发 动 机 的 经 济 性 ，降 低 了 污 染 物 的 排 放¨ 。涡 轮增 压 器 的性 能 与 其 内部 气 体 流 动 有 直 接联 系 ，因此 要想设 计 出效 率高 、性 能优 异 的增 压 器必 须要 对气 体 流动进 行研 究 。而模 拟气 体流 动是 根据 空气 动力 学 、流体 力学 等一 系列 知识 ，通过 模 拟 的方法 来研 究 涡轮增 压器 内复 杂 的流动 。
在排 放法 规 和节能 要求 越来越 严格 的今 天 ，增 压 已成 车用 内燃机 必不 可少 的一 项技术 ，在提高 发
似 、运 动相似 、动力相 似将模 型 的各 项参 数 和实验 结 果还 原 ，推导 出涡 轮增 压 器 内 的气 体 流 动情 况 。
这 种方 法是基 于 已有实 物 的前提 下对 涡轮 增压 器进
１ ４
内 燃 机 与 配 件
２ ０ １ ４年 第 ７期
涡 轮 增 压 器 的 流 动 模 拟 方 法 综 述
赖 菲 张 翼
（ 中北 大学 ）
（ 摘要 ］随着人们对节能环保 问题的 日渐关注 ，增压技术特别是 涡轮增压器在 内燃机上 的 应 用也 越 来越普 遍 ，而研 究涡轮 增 压 器 内的 流动 对设计 高效率 的增压 器 至关重要 。综合 国内外研
动机 的 动力性 、经 济性 和改 善排 放方 面发 挥着重 要 作用 ，对 改善 起动 、加 速性 能差 、瞬 间响应 迟缓 和
冒烟 严重 等 问题有 着重 大意 义 。涡轮增 压利 用排 气
行 分析 ，只能研究 已研 发 出来 的增压 器 ，并对 其分
析 优化 ，不 能用 于指导 涡 轮增压 器 的设计 和 开发 。
ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｉ ｎ ｄ ｏ ｍｅ ｓ ｔ ｉ ｃ ａ ｎｄ ｏ ｕ ｔ ． Ｍｅ ａ ｎ ｗｈｉ ｌ ｅ，ｉ ｔ ｓ ｕ ｍｍａ ｒ ｉ ｚ ｅ ｓ ｔ ｈｅ ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｌ ｍｅ ａ ｎ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈｅ ｌｕ ｆ ｅ ｎ ｔ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ ｔ ｕ ｒ — ｂ ｏ ｃ ｈ ａ ｒ ｇ ｅ ｒ，ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｈ ａ ｓ ａ ｓ ｉ ｇ ｎ ｉ ｉ ｆ ｃ ａ ｎ ｔ ｉ ｍｐ ａ ｃ ｔ ｏ ｎ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｓ ｔ ａ ｎ ｄ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ ｌｏ ｆ ｗｉ ｎｇ ｗｉ ｔ ｈ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｔ ｕ ｒ ｂ ｏ ｃ ｈ ａ ｒ ｇ ｅ ｒ ａ ｎ ｄ ｉ ｍｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｎ ｇ ｉ ｔ ｓ ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄｓ：Ｔｕ ｒ ｂ ｏ ｃ ｈａ ｒ ｇ ｅ ｒ Ｆ ｌ ｕ ｅ ｎ ｔ Ｓｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
一
１ ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 流 动 模 拟 方 法 介 绍
１ ． １ 实验 法 与数值 模拟 法
流 动模 拟方 法可 分为 两大类 ，试 验法 和 数值模
拟法。
个 复杂 的大 问题 化为 大量 的简 单小 问题 ，善 于处
理复 杂几 何 区域 内的势 流 问题 和 粘性 可压 缩流 动 问
实验法 ，即用流体力学相似理论来建立实验模