渦輪增壓排氣系統三維結構設計

宿良　趙明

摘 要：本文要進行渦輪增壓設計，通過本模型可以進行進排氣管路增壓系統的布置，為了更好的進行試驗研究，需要對進排氣管道重新進行設計，并對進排氣管道內流場進行數值模擬，以掌握管道內氣體流動的詳細情況。最后對管道進行流場計算分析，根據試驗臺架的實際結構以及流體仿真計算的結果，確定最佳管道方案以為試驗提供參考。

關鍵詞：渦輪增壓;排氣;2級增壓;網格

1 流場計算軟件的選取

在眾多 CFD 模擬軟件中，國內外應用比較廣泛的是 Fluent 軟件。它具有豐富的物理模型、先進的數值計算方法和強大的前后處理功能，廣泛的應用于汽車的研發(fā)、石油天然氣輸送管道的設計、渦輪機和飛行器的設計等方面。本文在流場計算時就選擇了 Fluent 軟件。

2 進排氣管道幾何仿真模型的建立

利用 Pro/Engineer 繪制了兩級增壓后進排氣管道的模型，管道總體安裝結構圖，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，排氣管道的具體結構如圖 5.5 所示，管道彎度都是 90°，可從圖中看出。

3 管道結構網格的組建

在進行三維流體計算前，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，每個子區(qū)域都遵循流體的守恒定律。計算的精度和計算收斂性將受生成網格質量的好壞的直接影響。

根據網格點的連接關系可分非結構化網格、結構化網格和混合網格三大類。結構化網格的網格點連接是固定的、有規(guī)則的，導致生成網格也是有規(guī)則的，并且該種方法占用計算機的內存小，但是對于結構復雜的模型不能自動生成網格;非結構化網格的網格點連接是無規(guī)則的，導致生成網格是無規(guī)則的，網格數占用計算機內存空間較多，但其無規(guī)則變化對結構復雜模型的不規(guī)則區(qū)域的網格生成卻十分有利;混合網格則是前兩種結構網格的組合。

結論

本文所計算的排氣管道整體結構相對簡單，由于主要研究的是管道結構對氣體流動的影響，因此選擇了六面體結構網格，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，然后再將其導入 GAMBIT 前處理軟件進行網格劃分和邊界條件的設定。排氣總管道的網格劃分如圖 1.2（a）所示，約為 15 萬個網格，排氣中間管道的網格劃分如圖 1.2（b）所示，約為9萬個網格。生成的網格線與流體的流動方向一致，擴散誤差小，計算速度快和計算精度高等優(yōu)點。

作者簡介：

宿良，男，山東高密人，碩士研究生，山東科技職業(yè)學院教師。

項目來源：2015年度山東省高等學?？蒲杏媱濏椖?/p>

項目名稱：發(fā)動機N級渦輪增壓器的研究

項目編號：J15LB64