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
非对称双流道涡轮增压发动机的数值模拟
马义，宋涛，史艳彬，陈海娥，窦慧莉
（中国第一汽车股份有限公司技术中心，吉林长春
130011)
摘要：利用GT-SUITE软件建立了双流道涡轮的物理模型，结合试验数据验证了模型的计算精度。基于该模型对非对称双流道涡轮增压器的性能、匹配方法和非稳态特性进行了计算分析。研究结果表明：在相同EGR率条件下，非对称双流道涡轮增压器比对称双流道涡轮增压器具有更低的系气损失和有效燃气消耗率；医配大流通能力和小非对称度的增压器可进一步降低乘气损失；非对称双流道涡轮增压器在瞬态条件下的平均效率低于稳态。
关键词：非对称双流道；涡轮增压器；天然气发动机；废气再循环 DOI: 10.3969/j.issn,10012222.2017.01.005
中图分类号：TK431
文献标志码：B
文章编号：1001-2222(2017)01-0026-04
中重型天然气发动机采用稀薄燃烧路线达到欧V排放标准。随着排放法规日趋严格以及对发动机成本的考患，国内外大多数厂家在开发欧И天然气发动机时都选择了当量燃烧路线，发动机成本远低于稀薄燃烧路线。当量燃烧与稀薄燃烧相比，前者发动机缸内热负荷和爆震风险大大增加，有效燃气消耗率也差于后者。采用高压冷却EGR可以降低发动机缸内热负荷和爆震倾向，同时降低有效燃气消耗率。与对称双流道涡轮增压器相比，非对称双流道涡轮增压器在不增加泵气损失的前提下，可提供更高EGR驱动压差，从而提升发动机EGR 率。目前对于非对称双流道涡轮增压器的研究仅有少量报道[1-3]，本研究采用GT-SUITE软件建立了基于物理结构的双流道涡轮模型，与发动机模型进行联合计算，就非对称双流道涡轮增压器的工作特
性展开深入研究。 1涡轮模型
模型理论 1.1
利用GT-SUITE软件建立某款天然气发动机
的一维热力学详细计算模型，涡轮的结构较为复杂，需要对其进行一系列简化，将表征涡轮工作特性的关键物理参数输人到GT-SUITE软件中。涡轮的主要结构分为蜗壳和叶轮，它们在一定程度上分别代表涡轮的流通能力和工作效率，二者相互影响，首先搭建一维简化管路模型来模拟蜗壳内部气体流
收稿日期：2016-06-26；修回日期：2016-09-26
动，然后在涡轮内部引人各种能量损失模型来计算涡轮的工作效率。
图1示出蜗壳的简化结构。蜗壳内部的流道可看作几段不同管径和管长的形状规则的管路，管径由平均等效截面面积得出，调整管路长度使其容积与蜗壳流道的容积相等，叶轮平均人口截面面积A，定义为
A。+A, A,
2
(1)
式中：A。为喉口截面面积；A1为与喉口夹角为 180°的截面面积。
图2示出涡轮叶轮进出口速度三角形4]。图中 c，w，u分别为气流绝对速度、气流相对速度、叶轮圆周速度；a，β分别为气流绝对速度、气流相对速度与叶轮圆周速度形成的夹角：下标1，2分别表示叶轮进口和叶轮出口。
区
图1
蜗壳的简化结构
图2叶轮进出口速度
三角形的简化形式
涡轮的等摘熔降H，定义为
k H,=k-1
.R.T。.[1-
P
po
作者筒介：马义（1986—），男，硕士，工程师，主要研究方向为天然气发动机燃烧与排放控制技术；mayixiajiabin@126.com。
。
(2)