汽车涡轮增压器压气机噪声的计算气动声学模拟.pdf

国外内燃机 2015年第4期 噪声振动 汽车涡轮增压器压气机噪声的计算气动声学模拟 A．Karim B．LizotteA．Zouani 【美】 K．Mi北gowicz 摘要：汽油机领域增压技术(Eco—Boost)的问世为技术人员带来新的挑战。挑战之一是在非设 计工况下，进入涡轮增压器的气流会产生气流噪声。在某些运行工况下，当进气质量流量和压比达到 某一数值时，压气机叶轮表面气体分流会产生宽频噪声，被称为“啸叫”噪声。可以用增压器吹风试验 和发动机台架试验来检测这种气体流动噪声。为了开发一种有效的设计，有必要了解这种噪声产生 的基本机理。介绍为研究进气条件对啸叫噪声的影响而进行的计算气动声学分析，包括整个压气机 叶轮和涡壳在内的三维计算流体动力学模拟。该增压器叶轮由6个主要叶片和6个分流叶片组成。 基于计算机辅助工程的结果，提出一种压气机引导边缘入口台阶与进口导向叶片(或旋转叶片)组合 的方案，以降低啸叫噪声，并通过试验证实这种创新设计的有效性。 关键词：涡轮增压器 压气机 计算流体动力学 计算气动声学模拟 O前言 的流量波动较大，会导致气流较早从叶片吸气面发 生分离。根据气流分离的严重程度，湍流产生的动 汽油机领域增压技术(Eco—Boost)的问世对涡 能会增大，从而在压气机进口上游产生啸叫噪声。 轮增压器的噪声一振动一平顺性(NVH)带来了新的本文采用三维计算流体动力学(CFD)模型来了解气 挑战。增压器产生的各种噪声和振动覆盖了 体流动的动力学特性。根据分析结果，在压气机进 16OOo Hz的可闻噪声，主要从进气系统、排气系统， 口处设计1个引导边缘台阶，以降低啸叫噪声的量 和／或压气机出口向外辐射。这些噪声在车辆中都 级。试验证明，这种低成本的创新技术是有效的。 是不能被接受的。 增压器的NVH问题首先与设计和制造能力相 l 背景 关，例如，不平衡旋转力、涡轮轴承的共振，以及压气 研究人员已经通过飞机着陆前的噪声图像，对 机叶轮的尺寸偏差均会使增压器产生无法接受的噪 低流速和较大迎角情况下机翼的声学特性进行研 声[1]。另外，还与增压器的运转工况相关，例如，在 究，并对此有了很好的了解。飞机翼面的噪声是由 收油门工况下，由于喘振，压气机出口会产生啸叫噪 机翼叶片与其自身的临界层和尾流区域的湍流相互 声[21；当增压器在低流量和低转速工况下运转时，压 作用产生的。在机翼气流分离时形成湍流临界层， 气机进口也会产生啸叫噪声[3“3；当增压器在高流量 机翼后缘噪声会比小迎角情况下产生的噪声大 和低转速工况下运转时，压气机进口会产生所谓“吹 10dB以上。 气噪声”[5]。啸叫噪声和吹气噪声是压气机进口或 在涡轮增压器非设计工况下，压气机进口也会 出口处产生空气动力学湍流的结果。 产生类似上述机翼气流的现象。在发动机低转速和 为了满足用户需求，不得不采用昂贵的装置来 高扭矩，以及恒定的增压器转速下，压气机转子叶片 减少上述增压器噪声。例如，在排气系统中设置缓 的气流迎角增大，会使增压器压气机进口的气流量 冲器和去耦合装置，在压气机进口导管中设置高频 减少。当气流量减少时，增压器非设计工况下的声 谐振腔和涡流导向叶片，在压气机出口导管中设置 学特性使压气机产生一种轻柔的喘振气流噪声。