第二章 涡轮增压器压气机流场计算

2.4.1 涡轮增压器离心压气机网格划分

    网格生成是数值计算中的一个重要的前处理过程，对于复杂区域中的流动、传热等问题的计算，网格生成所需要的时间通常可占总时间的一半以上，网格质量的好坏将直接影响到计算结果的精度。本节利用HYPERWORKS软件包中的HYPERMESH进行蜗壳流道、叶轮流道以及进气口的网格划分。表2-4给出了网格划分详细信息。在流场分析中，通常我们要将流场划分为几块，然后再进行分析。对于流场中还有叶轮旋转作用的模型就更是需要了。对于下面分析的模型，我们将整个流场分成三块，它们分别是进气口流场区、叶轮流场区和蜗壳流场区，整个模型的组成示意图如图2-8～图2-11（见书后彩插）所示，网格划分情况见表2-4。

表2-4 离心压气机网格划分介绍

2.4.2 计算假定及边界条件

    为了建模的方便，对涡轮增压器内部流场做了以下几个基本假设：

    1)工作介质为连续、可压缩气体，不考虑其内能的变化，密度p和动力粘度μ均为常量。这里取ρ=1.00kg/m3，其他特性参数采用系统默认的数值。

    2)叶片与壳体为刚体。

    3)循环流量是从压气机的进气口流入，然后经由流道从压气机出口流出，忽略容积损失及散热流量的影响。

    4)无叶片区和装配间隙构成的区域在外环面上处于一种压力平衡状态，并且间隙处的流动没有来自循环流道外部的干扰。

    5)对固体壁面取不渗透、无滑移、绝热的边界条件，使通过固体壁面的质量通量、动量通量及能量通量为0。

    在计算过程中确定整个压气机的进出口参数。在刚开始不知道流场具体分布的情况下，预先给定空气滤清器出口即压气机人口处总温度和流量，并选定轴向进气；再给定压气机蜗壳出口静压以便调整压气机的通流流量。计算达到稳定后，对固体壁面，取不可渗透、无滑移及绝热壁面边界条件，使通过与固体边界重合的网格面的质量通量、动量通量及能量通量为零。每一个非定常计算都是在稳态计算充分收敛的基础上开始。

    在下面的计算实例中，压气机进口条件为总温度300K，压力为总压，轴向进气，选用标准k-ε模型，空气密度为1.225kg/m³，出口条件为质量流量，具体进出口条件见压气机特性图2-12及表2-5。

图2-12 压气机特性图

表2-5 边界条件