渦輪增壓排氣系統(tǒng)三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

宿良　趙明

摘 要：本文要進(jìn)行渦輪增壓設(shè)計(jì)，通過(guò)本模型可以進(jìn)行進(jìn)排氣管路增壓系統(tǒng)的布置，為了更好的進(jìn)行試驗(yàn)研究，需要對(duì)進(jìn)排氣管道重新進(jìn)行設(shè)計(jì)，并對(duì)進(jìn)排氣管道內(nèi)流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬，以掌握管道內(nèi)氣體流動(dòng)的詳細(xì)情況。最后對(duì)管道進(jìn)行流場(chǎng)計(jì)算分析，根據(jù)試驗(yàn)臺(tái)架的實(shí)際結(jié)構(gòu)以及流體仿真計(jì)算的結(jié)果，確定最佳管道方案以為試驗(yàn)提供參考。

關(guān)鍵詞：渦輪增壓;排氣;2級(jí)增壓;網(wǎng)格

1 流場(chǎng)計(jì)算軟件的選取

在眾多 CFD 模擬軟件中，國(guó)內(nèi)外應(yīng)用比較廣泛的是 Fluent 軟件。它具有豐富的物理模型、先進(jìn)的數(shù)值計(jì)算方法和強(qiáng)大的前后處理功能，廣泛的應(yīng)用于汽車(chē)的研發(fā)、石油天然氣輸送管道的設(shè)計(jì)、渦輪機(jī)和飛行器的設(shè)計(jì)等方面。本文在流場(chǎng)計(jì)算時(shí)就選擇了 Fluent 軟件。

2 進(jìn)排氣管道幾何仿真模型的建立

利用 Pro/Engineer 繪制了兩級(jí)增壓后進(jìn)排氣管道的模型，管道總體安裝結(jié)構(gòu)圖，如圖 1.1 所示，排氣管道包括一根排氣總管和兩根排氣支管，排氣管道的具體結(jié)構(gòu)如圖 5.5 所示，管道彎度都是 90°，可從圖中看出。

3 管道結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的組建

在進(jìn)行三維流體計(jì)算前，首先要將幾何模型在空間位置上將其劃分成許多子區(qū)域，每個(gè)子區(qū)域都遵循流體的守恒定律。計(jì)算的精度和計(jì)算收斂性將受生成網(wǎng)格質(zhì)量的好壞的直接影響。

根據(jù)網(wǎng)格點(diǎn)的連接關(guān)系可分非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格、結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格和混合網(wǎng)格三大類(lèi)。結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的網(wǎng)格點(diǎn)連接是固定的、有規(guī)則的，導(dǎo)致生成網(wǎng)格也是有規(guī)則的，并且該種方法占用計(jì)算機(jī)的內(nèi)存小，但是對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的模型不能自動(dòng)生成網(wǎng)格;非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的網(wǎng)格點(diǎn)連接是無(wú)規(guī)則的，導(dǎo)致生成網(wǎng)格是無(wú)規(guī)則的，網(wǎng)格數(shù)占用計(jì)算機(jī)內(nèi)存空間較多，但其無(wú)規(guī)則變化對(duì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜模型的不規(guī)則區(qū)域的網(wǎng)格生成卻十分有利;混合網(wǎng)格則是前兩種結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的組合。

結(jié)論

本文所計(jì)算的排氣管道整體結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，由于主要研究的是管道結(jié)構(gòu)對(duì)氣體流動(dòng)的影響，因此選擇了六面體結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，主要方法是利用 Pro/Engineer 軟件建立排氣管道的三維模型，先保存為“stp”格式，然后再將其導(dǎo)入 GAMBIT 前處理軟件進(jìn)行網(wǎng)格劃分和邊界條件的設(shè)定。排氣總管道的網(wǎng)格劃分如圖 1.2（a）所示，約為 15 萬(wàn)個(gè)網(wǎng)格，排氣中間管道的網(wǎng)格劃分如圖 1.2（b）所示，約為9萬(wàn)個(gè)網(wǎng)格。生成的網(wǎng)格線(xiàn)與流體的流動(dòng)方向一致，擴(kuò)散誤差小，計(jì)算速度快和計(jì)算精度高等優(yōu)點(diǎn)。

作者簡(jiǎn)介：

宿良，男，山東高密人，碩士研究生，山東科技職業(yè)學(xué)院教師。

項(xiàng)目來(lái)源：2015年度山東省高等學(xué)校科研計(jì)劃項(xiàng)目

項(xiàng)目名稱(chēng)：發(fā)動(dòng)機(jī)N級(jí)渦輪增壓器的研究

項(xiàng)目編號(hào)：J15LB64