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VNT涡轮箱喷嘴环CFD数值模拟分析
发表时间:2007-2-19 柴油机增压技术国家级重点实验室 李书奇  张继忠   来源:e-works
关键字:VNT 喷嘴环 CFD ansys 
本文针对整体式电控执行和反馈控制VNT径流涡轮增压器, 利用商业软件CFD计算技术,对额定点和最大扭矩点分别进行数值模拟,并对喷嘴环内部流动机理以及可变喷嘴在调节范围内的气动性能进行分析总结,指出VNT喷嘴环气动性能优化方向。

    由于前缘的滞止,大开度时前缘点附近速度有明显降低趋势,相应马赫数显著降低;尾缘部分,由于气流撞击引起尾缘流动损失,使尾缘点附近速度降低,相应马赫数降低。

    流动轨迹线分布见图6,喷嘴环通道内流动轨迹线与叶片型线相吻合,本设计所得到叶片通道内型线较理想。

图6 不同开度流线分布

4.4 性能参数

    流量、转速等的变化,喷嘴环气动性能也会随着不同的工作状态发生变化,由于边界条件和计算中没有考虑涡轮叶轮的扰动等因素,计算结果和实际存在一定的误差,但相对两个状态的计算,采用的计算方法一致,具有可比性,通过相对比较可知:大开度时喷嘴性能优于小开度,可变喷嘴在调节范围内喷嘴环效率最大变化为12.49%,具体比较见表1。

表1   大小开度气动性能比较

比较参数

小开度

大开度

喷嘴环效率 %

76.8

90.4

焓降 (kJ / kg)

93

69.7

进出口速比 (voutlet/vinlet)

11.83607

1.911497

流动状态

亚音速流动

亚音速流动

5 结论

    计算分析表明,我们设计的AVNT径流涡轮增压器喷嘴环设计较理想;喷嘴环通道内型线与气体流动流线接近;前缘滞止和尾缘气流交汇均引起相应的流动损失。为降低喷嘴流动损失提高涡轮效率,从气动模拟考虑可进行如下结构优化以提高性能:

    ⑴ 针对前缘点阻挡滞止,可通过调整安装角、减小逆流面积进行优化;

    ⑵ 针对喷嘴环尾部的优化,应力求尾部曲线段光滑过渡,减弱气流撞击损失。

    ⑶ 针对喷嘴环叶片整体形状而言,从模拟结果来看,该设计叶片通道未有涡流、横流、气流脱离等现象,设计较合理,若进一步提高设计,可对不同曲线段的连接处进行优化,力求型面曲线连续光滑过渡,以获得低流损翼形叶型[4]

[参考文献]

[1] 王航、黄若等,JK80VNT增压器开发研究,内燃机工程,2004年第3期

[2] 冀春俊,微型燃气轮机向心透平气动性能的数值研究,硕士学位论文,中国大连:大连理工大学,2005

[3] 朱大鑫,涡轮增压与涡轮增压器,中国大同:兵器工业第七○研究所,1997

[4] 田永祥,涡轮增压器喷嘴叶片低流损翼形型线设计计算方法研究,硕士学位论文,中国山东:山东大学,2004

[5] AEA Technology plc.  CFX 参考手册,AEA Technology  Engineering  Software,1999

[6] 郭鹏程、刘胜柱等,基于多块网格技术的离心泵叶轮CFD分析,中国农村水利水电,2004年第1期

 

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责任编辑:蒋汉桥