第4期（总第237期） 2018年8月
车用发动机 VEHICLE ENGINE
柴油机涡轮增压器冷却数值研究
赵丕欢，冀翼，杨建文，史丽媛
（天津北方天力增压技术有限公司，天津300400）
No 4(Serial No 237)
Aug2018
在考虑压气机端和涡轮端流场对轴承体进行热传递的情况下运用CFD软件进行热流固耦合分析，得到非水冷轴承体与水冷轴承体浮动轴承温度场和涡端密封环处的温度，以评价增压器工作的可靠性，并通过试验验证数值仿真的准确性，为增压器冷却性能的进一步研究提供依据。
关键词：涡轮增压器；浮动轴承；水冷却；流固耦合：仿真 DOI: 10 3969 /j issn 1001-2222 2018 04 D17
中图分类号：TK42552
2文献标志码：B
文章编号：1001-2222(2018)04-0089-04
随着发动机功率密度的不断提高，发动机的排温越来越高，涡轮增压器的热负荷因此不断提高，工作环境越来越恶劣，将引起轴承体涡端密封环处和涡端浮动轴承处的温度过高，长期使用会导致润滑油结焦，密封环发生积炭而失去弹性，从而造成增压器漏油及轴系可靠性下降甚至损坏等回题。为保证浮动轴承和密封环的正常工作，要求涡轮端浮动轴承部位的温度不超过150℃，密封环处的温度不超过 230℃。当发动机涡轮箱进口温度达到并超过700℃ 时，仅靠润滑油来降低轴承体的温度已无法保证增压器的正常工作，需通过水冷却来降低增压器的热负荷，保证增压器的工作可靠性。涡轮增压器的散热成为影响增压器寿命和性能的关键因素之一。
与某柴油机相匹配的增压器在标定点工作时，涡轮箱进气口排气温度为763℃，高温排气对轴承体的热传递引起涡端密封环处和涡端浮动轴承处的温度过高，影响增压器的可靠性。为保证涡轮增压器正常工作，需通过优化设计水冷轴承体来降低轴承体的热负荷。
本研究通过增压器热流固耦合数值模拟来研究
增压器的冷却与散热的题，为了更真实地反映增片器轴承体的传热与散热，建立压气机端流场和涡轮端流场模型，非水冷及水冷轴承体模型，水腔及油腔模型，冲压隔热罩模型，通过CFD软件进行热流固耦合分析，得到非水冷及水冷轴承体的温度场评价增压器的冷却设计是否能达到设计要求
收稿日期：2017-11-22；修回日期：2018-01-10
流固耦合边界的共轭传热原理
采用机油和冷却水同时冷却的方式能很好地解决涡轮增压器轴承体散热问题，在涡轮增压器流固耦合传热边界上有：
q solid = q~ fuid 。
(1)
当黏性流体在贴近壁面附近流动且流速很小时,其相对运动可忽略不计。在涡轮增压器水冷轴承体壁面流体层处由傅里叶热定律可知：
qw nuid =—Agradt 。
(2)
式中：一入gradt为贴近壁面法线方向上流体温度梯度。
而对流传热的牛顿冷却公式为
q~uid = h(t tr)。
(3)
式中：h为对流传热表面传热系数；tw和t分别为交界面和附近冷却液的温度，
由式(2)和式(3)可以得到对流传热表面换热系数与流体温度场的关系式：
h=—agradt
tw-tr
(4)
2轴承体及各流场模型的建立及网格划分
为提高计算效率和计算精度，避免计算出错及
计算时间过长等问题，提高网格划分质量，对模型进行了简化和修复，去除对计算结果影响不大的小孔和外表面不倒角等特征，在真实反映水冷轴承体、片气机流场及涡轮端流场传热特征的同时，减少不必要
作者简介：赵丕欢（1978一），男，副研究员，硕士，主要从事发动机增压技术产品研发phwwy@163eom。