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、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域，每個子區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、有規則的，導致生成網格也是有規則的，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則的，導致生成網格是無規則的，網格數占用計算機內存空間較多，但其無規則變化對結構復雜模型的不規則區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點。

作者簡介：

宿良，男，山東高密人，碩士研究生，山東科技職業學院教師。

項目來源：2015年度山東省高等學校科研計劃項目

項目名稱：發動機N級渦輪增壓器的研究

項目編號：J15LB64