50000字硕士毕业论文涡轮增压器的数值模拟及性能曲线分析

论文类型：硕士毕业论文

论文字数：50000字

论点：增压器,双螺杆,机械

论文概述：

国内双螺杆机械增压器市场刚起步，仅有几家公司引进国外产品进行简单的生产和装配，缺少相关的技术积累与研究，而国外公司则严格控制技术保密。

论文正文：

第一章导言

1.1主题的背景和意义
汽车发动机通常依靠燃料燃烧成红色气体，从而推动活塞移动做功。因此，增加燃油喷射和进气量是提高发动机功率的关键。增加发动机的燃料喷射量相对容易，但是发动机的自然进气系统难以提供足够的空气体来支持燃料的完全燃烧。因此，增压技术应运而生。增压技术在不改变发动机主要结构参数的前提下，有效提高了发动机的平均有效压力，大大提高了发动机的比功率和燃油经济性。增压被认为是内燃机历史上的第二个里程碑。涡轮增压器根据其驱动源可分为两类:废气涡轮增压器和机械增压器。废气灾害轮增压器利用发动机排出的废气能量驱动灾害轮，灾害轮进而驱动同轴安装的压缩机轮，通过压缩机压缩来自空空气过滤器的新鲜空空气，并将压缩空空气送入发动机进气管。增压器直接由发动机的输出功率驱动。通常曲轴通过皮带或齿轮传动直接驱动增压器，从而实现增压。
由于我国城市交通速度往往在中低速范围内，怠速时间较长，发动机工况变化频繁，人们对发动机的要求发生了变化(2)。发动机的低速扭矩特性和瞬态响应日益成为人们关注的焦点。由于排气涡轮增压中低速扭矩不足和瞬态响应差的缺点，机械增压技术受到汽车工业的重新重视。双螺杆机械增压器作为综合性能优异的机械增压器，具有独特的技术优势，特别是良好的低速扭矩特性和瞬态响应，市场发展巨大空。然而，双螺杆增压器存在泄漏、排气压力脉动、噪音等问题。(4)。有必要对增压器的流动特性进行数值模拟和分析，同时对增压器的性能进行全面评价。能否相对准确地给出增压器内流体的流动细节，如速度场、压力场和温度场分布的瞬时特征，是整个过程的关键。
在双螺杆增压器流动特性的数值模拟中，由于双螺杆增压器的结构特点，其轴向尺寸大，内部间隙小(约0.5毫米)，很难啮合，且增压器的工作条件多，因此双螺杆增压器的计算流体动力学模拟计算非常困难。有效的分析和评价方法可以提高双螺杆增压器的设计水平，减少设计过程中的盲目性，从而缩短设计周期，节约成本。目前，国外企业对双螺杆增压器有非常严格的技术控制。如果没有特别许可，可以查阅的信息很少。国内对双螺杆增压器的研究基本上是空白色。因此，对双螺杆增压器的流动特性进行数值分析具有一定的难度和现实意义。

1.2国内外发展研究现状
1.2.1双螺杆增压器
1878年，海因里希·克里加(HeinrichKrigar)首次申请双螺杆压缩机专利m。后来，他对双螺杆压缩机的设计进行了修改和改进，并获得了第二项相应的专利权。压缩机配有一个外形相同的双叶片转子，类似于罗茨增压器，除了沿转子长度方向有一个180度的螺旋。受当时加工水平的限制，双螺杆压缩机没有发展起来。直到半个世纪后，一家名为Ljungstroms Angturbinab的瑞典汽轮机制造商任命Alf Lysholm为其新的总工程师，双螺杆压缩机才迎来了其发展历史上的一个关键时期。1935年，Lysholm开发了一种新的转子外形，并测试了各种配置和转子叶片组合。他不仅解决了转子外形问题，还获得了转子精确加工的专利。压缩机采用不对称的5-4叶片阴阳转子设置。此时，真正的双螺杆压缩机诞生了。1951年，ljungstroms angturbinab更名为Svenska Rotor Maskiner，是世界著名的SRM公司m . 80年代初，Sprintex公司基于Lysholm双螺杆压缩机转子的设计，发布了第一代双螺杆增压器。增压器在损失和排气温度方面的性能远远优于其他类型的容积式增压器，但是高制造成本限制了其市场应用。1988年，惠普尔意识到双螺杆增压器具有更高的效率，并将成为增压器的未来。
该公司成为第一家使用双螺杆压缩机生产增压器套件的北美公司。然而，制造成本再次限制了其应用市场。与此同时，惠普尔发现增压器的尺寸存在问题，因为最初的增压器是为欧洲的小型发动机设计的，而美国市场需要能够提供更大空流量的增压器。1990年，RSM公司专门成立了Opcon Autorotor公司，为内燃机开发双螺杆增压器。借鉴SRM丰富的技术积累，奥托诺采用了当时最新的D线转子设计。1991年，奥托诺和惠特普尔开始合作生产使用Sprintex增压器的系统。合作取得了巨大成功，使双螺杆增压器迅速进入汽车市场。1992年，奥托罗公司采用了至今仍在使用的名字whitplecharacter。20世纪90年代初，惠普尔决定专注于为通用汽车开发增压器。后来，惠特普尔为肯尼·贝尔提供了福特公司使用的惠特普尔增压器。1995年，Opcon Autorotor独立于SRM。

1.3数值模拟方法……11-13
1.4本课题的主要研究内容是……13-14
第2章双螺杆涡轮增压器的基本原理……14-24
2.1双螺杆增压器的主要结构……14 [/BR/] 2.2双螺杆增压器的工作原理……14-16 [/BR/] 2.3双螺杆增压器的特点……16-19
2.4双螺杆涡轮增压器的几何和性能参数……19-23 [/BR/] 2.5本章概述……23-24
第3章双螺杆涡轮增压器的数值模拟……24-38
3.1数学模型……24-27
3.2离散方法……27-28
3.3动态网格模型……28-31
3.4双螺杆涡轮增压器的计算流体动力学数值模拟……31-34[/溴/] 3.5数值模拟结果……34 [/BR/] 3.6双螺杆涡轮增压器的整体流场分布……34-37 [/BR/] 3.7本章概述……37-38
第4章排气压力波动、泄漏和流量损失分析……38-48
4.1双螺杆增压器排气压力波动分析……38-41
4.2双螺杆涡轮增压器泄漏流量分析……41-45 [/BR/] 4.3双螺杆涡轮增压器流量损失分析……45-47[/比尔/] 4.4……47-48
第5章双螺杆涡轮增压器的性能曲线……48-54 [/BR/] 5.1多工况下双螺杆涡轮增压器的数值模拟……48-49 [/BR/] 5.2双螺杆涡轮增压器的性能分析……49-50
5.3排气压力波动分析……50-52 [/BR/] 5.4本章概述……52-54

[概述/br/]
目前，双螺杆增压器的国内市场刚刚起步。只有少数公司进口外国产品进行简单生产和组装，缺乏相关技术积累和研究，而外国公司严格控制技术保密。在此工程背景下，提出了双螺杆增压器流动特性数值模拟的网格划分策略和计算实现策略。通过对W200双螺杆增压器流动特性的数值模拟，得到了增压器内部流场的瞬态分布和增压器的特性曲线。从增压器的流场出发，分析了双螺杆增压器排气压力脉动、泄漏和流量损失的常见现象。本文采用FUJENT软件动态网格模型模拟双螺杆增压器流场的非定常计算流体动力学。通过流场的模拟和分析，得到以下结论:
(1)通过划分增压器的八套初始网格模型，应用FUJENT动态网格模型，利用FLUENT命令文件对增压器的非定常多工况进行计算流体力学模拟，解决了双螺杆增压器流动数值模拟中网格划分和计算实现的两大难点，从而实现了双螺杆增压器的三维非定常计算流体力学数值模拟。
(2)双螺杆增压器流场的总体分布表现出一定的规律:吸入侧齿间容积内的气体压力低于大气压力；压缩侧齿间容积中的气体压力依次增加。压缩侧转子区域的温度明显高于吸入侧转子区域的温度，尤其是排气口附近的转子区域。虽然接触线起到了一定的密封作用，但气体泄漏仍以每秒3-400米的速度在接触线附近发生，在接触线附近形成新月形低压区。

参考

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