第二章 第2章 涡轮增压器压气机流场计算

    下面介绍基于ANSYS CFX软件针对JP50型增压器压气机内部非定常流场进行计算及分析。本文取100000r/min ,  120000r/min和140000r/min三种转速工况进行分析。通过分析不同工况下的非定常流场，得出该压气机基本的内部流场信息，为下一步探讨轴心轨迹变化及蜗壳振动对压气机内部流场和声场的影响做准备。流场分析结果如图2-33~~图2-41(图2-41见书后彩插)所示。

 

      图2-33~~图2-41是JP50型涡轮增压器在转速100000r/min,120000r/min和140000r/min条件下的压气机表面的总压、速度、流线分布仿真计算结果。根据这些仿真计算结果，可以分析得到以下结论：
   
      1)无叶扩压器和蜗壳整体压力分布比较稳定，没有突变现象。蜗壳内的压力分布随流道截面面积增大而增大。从叶轮进口至叶轮出口，压力明显递增，且在叶轮出口处压力达到最大。压力梯度变化在吸力面高于压力面，叶片表面的压力分布比较均匀，主叶片相对于分流叶片，其压力梯度变化比较明显。

      2)从扩压器进口到蜗壳出口，压力不断升高，速度下降梯度明显，其中无叶扩压器表面速度沿其径向方向依次减小，蜗壳表面速度随着流道截面面积增大而减小。
   
      3)从速度矢量图上可以明显看出，气体在叶轮内的流动比较复杂，空气进人叶轮流道后，被叶轮带动着做旋转运动，叶轮对气流做功，使得气体流速增加，在离心力的作用下，气体被抛向叶轮的边缘，但流动的变化比较均匀，速度沿径向逐渐增大，到达叶轮外缘达到最大。而由于叶片间的通道是作扇形扩张，空气的相对速度逐渐减小，所以在叶片间流道内部，压力增大。
   
      4)从流线图中可以看出，虽然气流在叶轮中的流场比较复杂，但是流场中的流线形状和叶轮的几何形状比较吻合，也没有产生回流，涡流损失不大。
   
      5 ) JP50型涡轮增压器在转速100000r/min、转速120000r/min和转速140000r/min条件下的无叶扩压器和蜗壳表面压力分布趋势基本相同;涡轮增压器在转速 140000r/min条件下的无叶扩压器和蜗壳表面压力比转速120000r/min条件下及100000r/min条件下的都大，在蜗壳出口处、蜗壳喉口处及叶轮出口与扩压器进口处表现尤为明显。在转速100000r/min时总压力最大处为叶轮出口与扩压器进口处，达到52. 3kPa。在转速120000r/min时总压力最大处为叶轮出口与扩压器进口处，达到74. 63 kPa;在转速140000r/min时总压力最大处为叶轮出口与扩压器进口处，达到96. 3 kPa 。
   
      6 ) JP50型涡轮增压器在转速140000r/min、转速120000r/min和转速100000r/min条件下的无叶扩压器和蜗壳表面速度矢量分布基本相同;涡轮增压器在转速140000r/min条件下的无叶扩压器和蜗壳表面速度比转速120000r/min条件下及100000r/min条件下的均大，尤其在无叶扩压器进口处，在转速100000r/min时速度最大达到213m/s，转速120000r/min时速度最大达到295 m/s，转速140000r/min时速度最大达到266m/s。