船用增压器涡轮结构与性能数值研究及改进

【摘要】： 涡轮增压器是柴油发动机的一个进气增压组合部件，是透平机械中的一种，由涡轮、压气机等主要部件构成，安装在排气总管的法兰盘上。 现代柴油机对废气涡轮增压器的要求愈来愈高。无论是车用还是船用柴油机，安全、可靠、高效是当前各类增压器发展的方向，并以此提高和强化柴油机的整体性能和整体水平。而增压器性能的高低取决于各构成部件性能的优劣。 本文根据某公司提出的某船用柴油机增压器的设计要求，采用以定压涡轮热力计算为基础，并计及脉冲影响的脉冲涡轮的热力计算方法，对该船用增压器的构成部件之一—轴流涡轮进行了一维气动设计，并将设计结果与相关的实验数据作了对比，二者符合较好，所设计的轴流涡轮满足公司提出的要求。在此基础上，利用专门为透平机械开发的商用CFD软件—NUMECA，建立了基于真实几何模型的轴流涡轮数值计算分析平台，对设计工况下整机内部的流场进行了详细的三维数值研究，此外，为考核增压器变工况性能，对此涡轮另外两种不同转速和流量下的工况也进行了数值模拟与分析，三种工况下数值模拟的结果都与实验数据很接近，表明计算中湍流模型的选取以及其它参数的选用适合增压器数值模拟的需要，能够反映设计工况及变工况时增压器涡轮的流动情况。不过与设计工况相比，动叶片背弧的速度分布有所恶化，叶型损失有所增加。 在上述分析计算的基础上，又对此轴流涡轮的通流结构进行了局部改进设计。最终的改进结果使增压器涡轮的通流结构的性能得到了一定程度的改善，使其等熵效率提高了2.36个百分点。