第1期（总第228期） 2017年2月
车用发动机 VEHICLE ENGINE
No.1(Serial No.228)
Feb.2017
双通道蜗壳径流涡轮的设计与流动机理研究
刘云'，杨名洋"，邓康耀'，陈化”，RicardoMartinez-Botas
(1.上海交通大学，上海200240；2.栗油机增压技术国家重点实验室，天津
300400
3.常国理工学院，伦教SW72AZ)
摘要：低负下的扭矩对于小型发动机十分重要，其决定了汽车的驾驶性能。配有双通道蜗壳的涡轮已被证实在解态性能和气缸扫气方面具有极大优势。本研究通过数值方法，比较了不同部分进气条件下双通道径流涡轮的性能。设计了一个双通道径流涡轮，以达到某国外混流涡轮（带有可变喷嘴的涡轮A)的流通能力。借助款件 ANSYS-CFX，采用稳态数值模拟方法来实现全部进气和部分进气条件下涡轮的性能预测。基于不同进气条件（叶根进气HI和叶突进气SI的性能比较结果进行流动机理分新，结果显示SI比HI具有更好的性能，且传通到叶轮的流动在通道内产生了完全不同的涡流站构，对于HI进气，产生于叶轮叶根处的涡流逐渐迁移到叶尖区城，而S 进气正好相反，这即是HI透气较SI进气具有更高流动损失和更差性能的原固。
关键词：涡轮增压；径流涡轮；双通道蜗壳；部分进气；流动分布；仿真 DOI: 10.3969/j.issn,1001-2222.2017.01.002
中图分类号：TK422.1
文赋标志码：B
文章编号：1001-2222(2017)01-0008-06
随着低碳出行需求的不断增加，汽车行业必须开发出更为高效与小型化的发动机，其中最为有效的方法就是使用涡轮增压。涡轮起着回收废气能量的关键作用，因此吸引了大量的研究。由于气缸的闻需点火，发动机歧管内的废气发生显著脉动。为了使多缸机达到更好的扫气性能和加速性能，双通道蜗壳被广泛应用于涡轮当中[1-3]。在实际脉动条件下，双通道蜗壳两支进口的瞬态压力总是不同的，这些情况被认为是部分进气；而全部气流经由叶尖处或叶根处进人的极端情况也要考惠在内4）。
双通道涡轮的流通特性对于发动机与涡轮增压器的匹配是至关重要的，但是目前关于配有双通道蜗壳的涡轮的研究还很少。针对单通道涡轮的一维性能预测模型已被广泛关注(-)，但是双通道涡轮的一维模型还没有进人人们的视野。C.F.Fredriks-son，QiuXuwen和N.C.Baines"将单通道涡轮模型扩展应用到了双通道涡轮，用来进行配有对称及非对称蜗壳涡轮的性能预测。对于蜗壳的混合损失，加人一个新的涡旋系数，并以总压损失的形式表现混合涡旋能量的损失。通过全部进气与部分进气条件下与试验数据的对比，可发现质量流量和效率
收稿日期：2016-10-25；修回日期：2017-01-26
基金项目：上海市自然科学基金（STCSM)项目（16ZR1416900）
的预测是可靠的，然而在低速时效率预测偏大。A Hajilouy等o修改单通道涡轮模型以分析双通道涡轮。考虑到叶根处和叶尖处流动的相互影响，蜗壳的摩擦和尾流损失结合计算，叶根处和叶尖处流动差异造成的叶轮混合损失也须加人其中。通过求解包括叶轮入口处混合过程的控制方程，可计算出摘增情况和损失系数。将五个不同部分进气条件下的效率预测值与试验数据进行了比较，二者具有很好的一致性。但是，在叶尖区域进口全封闭时，由于混合损失的不精确造成了最大偏差。因此，双通道蜗壳的模型还需要更多的验证，叶轮部分也需要建立具有更高精度的模型。
本研究通过数值方法对不同部分进气条件下配有双通道蜗壳的涡轮的性能和流动进行了研究。首先对涡轮的设计过程进行简要介绍，然后对数值方法进行讨论和验证，最后对预测的性能和流动机理进行详细的分析。
双通道涡轮设计
以帝国理工学院开发的带有喷嘴的混流涡轮A 为基础设计一款配有双通道蜗壳的径流涡轮。当叶
作者简介：刘云望（1991—)，女，硕士，主要研究方向为内燃机涡轮性能预测模型;earoline1991③126.com。
通讯作者：杨名洋（1982一），男，讲师，博士，主要研究方向为内燃机涡轮增压技术与径流式叶轮机械；myy15sjtu,edu.cn，