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可变截面增压器扭曲导叶对涡轮叶片激振的影响研究
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作者 李延昭 于效顺 +2 位作者 刘臻 李国胜 宋丽华 《车用发动机》 北大核心 2024年第6期24-31,共8页
涡轮叶片高周疲劳(HCF)限制了涡轮增压器的使用寿命,在可变截面增压器中尤为明显。针对某0.6 L二冲程汽油机用增压器的可调导叶径流涡轮在运行中容易出现高周疲劳失效的问题,设计了一种扭曲结构的导叶叶型,采用数值模拟方法研究了扭曲... 涡轮叶片高周疲劳(HCF)限制了涡轮增压器的使用寿命,在可变截面增压器中尤为明显。针对某0.6 L二冲程汽油机用增压器的可调导叶径流涡轮在运行中容易出现高周疲劳失效的问题,设计了一种扭曲结构的导叶叶型,采用数值模拟方法研究了扭曲导叶对涡轮流场和叶片激振的影响。研究结果表明:顺时针扭曲导叶可以减弱喷嘴导叶出口与涡轮叶片前缘之间的干涉效应,逆时针导叶会增强二者的干涉效应;相较于原对称叶型导叶,进入涡轮增压器的高温、高压气流在通过顺时针扭曲叶型导叶后,尾迹呈倾斜状,气流激振力被分散,对下游涡轮叶片前缘的影响减弱;同时,由于涡轮叶片间隙的压力梯度减小,间隙泄漏流强度降低,叶片高激励区的激励幅值也随之减小。研究综合考虑了涡轮机效率和叶片激振力的变化趋势,确定导叶扭曲角度为4°时最为合理,最优方案在不影响涡轮性能的前提下,叶片最大振动应力降低64%。 展开更多
关键词 可变几何截面涡轮增压器 涡轮叶片 振动 非定常流动 压力波
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车用涡轮增压器径流涡轮的背盘冷却技术研究 被引量:4
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作者 马超 李延昭 +1 位作者 张健健 朱光前 《车用发动机》 北大核心 2020年第5期28-35,共8页
随着车用柴油机排放法规和功率密度的不断提升,增压器转速及涡前温度不断提高,涡轮轮背发生热-机械疲劳失效的风险大幅增加。为了提高涡轮背盘可靠性,提出了一种径流涡轮背盘冷却技术,利用流固耦合的数值仿真方法研究了从中冷器后引入... 随着车用柴油机排放法规和功率密度的不断提升,增压器转速及涡前温度不断提高,涡轮轮背发生热-机械疲劳失效的风险大幅增加。为了提高涡轮背盘可靠性,提出了一种径流涡轮背盘冷却技术,利用流固耦合的数值仿真方法研究了从中冷器后引入冷却空气,对背盘热应力的改善以及对涡轮机整机性能的影响。结果表明:当消耗1.0%,2.0%和3.0%的相对冷却流量时,背盘热应力分别比无冷却时降低31 MPa,108 MPa和132 MPa,综合应力分别降低3.8%,13.1%和16.0%。背盘冷却对涡轮机性能的影响较小,当相对冷却流量消耗3.0%以内时,冷却对膨胀比的影响可以忽略,热效率的降低不超过1.0%。 展开更多
关键词 柴油机 涡轮增压器 径流涡轮 背盘冷却 热应力
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转轴空腔对增压器涡轮轴应力及传热影响的研究
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作者 李成 马超 +2 位作者 张健健 朱光前 陈秉智 《车用发动机》 北大核心 2022年第2期23-29,共7页
热负荷的提升对涡轮增压器涡轮端及轴系零部件的可靠性带来了严峻挑战,转轴高温变色及机油结焦已经成为涡轮增压器主要故障模式之一。涡轮转轴空腔可以阻挡热量从涡轮头向转轴的传递,利用数值仿真方法研究了不同空腔直径及浮动轴承位置... 热负荷的提升对涡轮增压器涡轮端及轴系零部件的可靠性带来了严峻挑战,转轴高温变色及机油结焦已经成为涡轮增压器主要故障模式之一。涡轮转轴空腔可以阻挡热量从涡轮头向转轴的传递,利用数值仿真方法研究了不同空腔直径及浮动轴承位置传热系数对涡轮应力及传热特性的影响,结果表明:转轴空腔使得涡轮背盘R圆角应力降低,但是增加了其自身发生低周疲劳失效的风险;空腔直径越大,热阻效果越明显,相比较于无空腔方案,转轴空腔使涡轮头向涡端浮动轴承的热量传递减小0.8%~4.4%,使涡端浮动轴承对应转轴的最高温度降低2.3~9.9℃。 展开更多
关键词 涡轮增压器 转轴空腔 传热 热应力 可靠性
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蜗壳喉口射流对径流涡轮叶片激振力的影响与抑制 被引量:1
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作者 李延昭 于效顺 +1 位作者 马敏 司英杰 《内燃机学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期367-375,共9页
涡轮增压器的涡轮叶片在转动过程中受到周期性的气动激励作用,过高的气动激励可能导致涡轮叶片发生高周疲劳(HCF).在无叶蜗壳中,气动激励主要来自蜗舌位置处的压力波动.为了降低涡轮叶片的激振力,笔者从激励产生的来源出发,提出了一种... 涡轮增压器的涡轮叶片在转动过程中受到周期性的气动激励作用,过高的气动激励可能导致涡轮叶片发生高周疲劳(HCF).在无叶蜗壳中,气动激励主要来自蜗舌位置处的压力波动.为了降低涡轮叶片的激振力,笔者从激励产生的来源出发,提出了一种通过喉口射流孔把蜗壳进口段高压气体引流到蜗舌上游低静压区域的压力波动抑制措施,并利用非定常流场数值模拟方法,研究了通过射流孔引入蜗壳进口段高压气体到低静压区对涡轮叶片激振力的改善效果,以及射流孔对涡轮机整机性能的影响.结果表明,该措施可以明显弱化径流涡轮叶片激振力,叶片高振幅区的测点激励幅值最高降低34%,射流孔在弱化激振力的同时,对涡轮机效率的影响可忽略. 展开更多
关键词 涡轮增压器 激振力 蜗壳喉口射流 压力波动 非定常流动
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径流涡轮机流道壁面冲蚀特性及对性能的影响
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作者 马超 张健健 +1 位作者 王宁宁 郭姗姗 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期1232-1240,共9页
碳颗粒作为内燃机燃烧的固有产物,随主流运动时会对涡轮机壁面产生冲蚀,在长时间运行后对性能产生影响。通过两相流数值仿真手段对某径流式涡轮机的壁面冲蚀特性进行了分析,并研究了多种关键参数对涡轮机冲蚀率及性能的影响规律。研究... 碳颗粒作为内燃机燃烧的固有产物,随主流运动时会对涡轮机壁面产生冲蚀,在长时间运行后对性能产生影响。通过两相流数值仿真手段对某径流式涡轮机的壁面冲蚀特性进行了分析,并研究了多种关键参数对涡轮机冲蚀率及性能的影响规律。研究结果表明:颗粒尺寸会对壁面冲蚀分布特征产生影响,对性能的影响呈非线性变化规律;颗粒排放裕度和膨胀比对性能变化率的影响呈线性关系;涡轮机转速的变化对效率变化率的影响呈线性关系,对相似流量变化率的影响呈先快速增加后持续下降的规律。颗粒尺寸和涡轮机工况是影响涡轮机性能变化率的显著因素,比颗粒排放裕度及膨胀比对效率变化率和相似流量变化率的影响分别大5~7倍和19~24倍。 展开更多
关键词 涡轮增压器 径流涡轮机 冲蚀率 两相流 性能影响
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颗粒冲蚀使径流涡轮机性能劣化的数值仿真
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作者 马超 王宁宁 +1 位作者 郭姗姗 王任信 《内燃机学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期358-366,共9页
涡轮增压器径流涡轮机作为车用柴油机提升性能和控制排放的关键零部件,长期受到尾气颗粒的高速冲蚀,会造成流道壁面粗糙度增加以及性能劣化.以某65K径流涡轮机为研究对象,基于两相流数值仿真方法,研究了流道壁面冲蚀特性的形成机理,并... 涡轮增压器径流涡轮机作为车用柴油机提升性能和控制排放的关键零部件,长期受到尾气颗粒的高速冲蚀,会造成流道壁面粗糙度增加以及性能劣化.以某65K径流涡轮机为研究对象,基于两相流数值仿真方法,研究了流道壁面冲蚀特性的形成机理,并且基于牵引商用车的实际路谱研究了冲蚀对其性能劣化的影响规律.结果表明:流道壁面的局部冲蚀强度与蜗壳几何结构的非对称性密切相关,并在蜗舌位置表现出最高的冲蚀率;在运行时长为50 000 h内,涡轮机整机效率和相似流量相对变化率仿真预测值分别为-3.5%和1.1%,其中前10 000 h内的劣化率分别占总劣化率的56%和70%;基于牵引车实际路谱的计算结果,发展了涡轮机性能劣化随时间增长的经验公式. 展开更多
关键词 涡轮增压器 径流涡轮机 颗粒冲蚀 两相流
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180°弯管与离心压气机蜗壳的耦合作用分析 被引量:4
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作者 老大中 朱清淋 +2 位作者 王磊磊 李延昭 杨策 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第4期797-807,共11页
离心压气机进气弯管与蜗壳非对称结构在周向上的相对位置会使压气机性能发生变化,为了明确引起压气机性能发生改变的原因,给弯管安装方式的选择及压气机的设计提供理论指导,采用实验和计算相结合的方法,研究了带有直管和不同周向安装位... 离心压气机进气弯管与蜗壳非对称结构在周向上的相对位置会使压气机性能发生变化,为了明确引起压气机性能发生改变的原因,给弯管安装方式的选择及压气机的设计提供理论指导,采用实验和计算相结合的方法,研究了带有直管和不同周向安装位置的180°弯管进气方式的离心压气机工作特性及内部流动特性。结果表明:改变弯管与蜗壳非对称结构在周向上的相对位置,弯管出口流场畸变区域在周向上的位置会发生变化,从而改变了其与叶轮出口畸变流场的耦合作用效果,因此压气机性能发生变化。两种畸变流场间的相互作用会影响叶轮内部流场的周向均匀程度。当弯管出口低静压区域与叶轮出口高静压区域作用于相同叶片槽道进出口时,叶轮内部流场周向上的分布最不均匀,在这种情况下的压气机性能低于其他弯管安装角度下的压气机性能。为了保证安装弯管后离心压气机性能相对直管进气的下降程度不超过3%,应该使弯管出口高静压区域与叶轮出口高静压区域施加于相同叶片槽道。基于上述原则,确定了压气机效率下降较小的弯管安装周向位置的选择范围。 展开更多
关键词 弯管进气 非轴对称 离心压气机 畸变
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基于蜗壳进气结构优化的径流涡轮叶片激振力弱化研究
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作者 于效顺 李延昭 +2 位作者 张晓林 张金明 信效芬 《车用发动机》 北大核心 2023年第4期64-71,共8页
为研究涡轮增压器蜗壳进气结构对涡轮叶片激振力的影响,建立了涡轮机非定常流场模型进行计算分析,重点分析蜗壳非对称流场对涡轮叶片压力的干扰特性和激励来源,在此基础上提出了基于蜗壳进气结构优化的激振力弱化方案并进行了验证,分析... 为研究涡轮增压器蜗壳进气结构对涡轮叶片激振力的影响,建立了涡轮机非定常流场模型进行计算分析,重点分析蜗壳非对称流场对涡轮叶片压力的干扰特性和激励来源,在此基础上提出了基于蜗壳进气结构优化的激振力弱化方案并进行了验证,分析了涡轮转子叶片表面压力波动的时域与频域特征。结果表明:蜗壳的非轴对称性和蜗舌的封闭作用影响蜗壳流场压力沿周向的分布,蜗舌后方的高静压区域是涡轮叶片激振的主要原因;蜗壳进气结构可以影响高静压区的压力峰值;提出的4种进气结构优化方案都能在几乎不影响涡轮机性能的前提下降低涡轮叶片的激振力,其中方案4叶片激振幅值减小了18.8%,为最优方案。 展开更多
关键词 蜗壳 涡轮叶片 激振力 非定常流动 压力波动
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