机匣喷气改善压气机性能的机理研究-哈尔滨工程大学学报.PDF

第３８卷第２期　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 哈　 尔　 滨　 工　 程　 大　 学　 学　 报　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 Ｖｏｌ．３８ №．２ ２０１７年２月　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈａｒｂｉｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 Ｆｅｂ．２０１７ 机匣喷气改善压气机性能的机理研究 孙永瑞，王银燕，杨传雷，祖象欢，李旭 （哈尔滨工程大学 动力与能源工程学院，黑龙江 哈尔滨 １５０００１） 摘　 要：压气机机匣喷气可以有效改善涡轮增压柴油机的加载性能。 为了研究机匣喷气对压气机性能的影响，建 立了带有机匣喷气结构的压气机模型，并对其进行数值分析。 计算结果表明：机匣喷气会向压气机引入高能气体， 降低压气机的叶片载荷、减小压缩功，并且同时可以增大压气机出口的气体流量，因此可以改善涡轮增压柴油机的 加载性能；采用机匣喷气会导致在转子叶片上部（沿叶高方向）区域中形成回流，是降低压气机入口流量和降低压 气机定熵效率的主要原因；机匣喷气喷出的高速气流通过引射作用抑制转子叶片上部的回流区域向叶片中下部扩 大，同时增大扩压器入口的气流角，减少气流与叶片的碰撞，延迟喘振发生。 在喷气压力为０．３ＭＰａ 时，采用机匣喷 气可使压气机的喘振边界和堵塞边界分别扩展 １２．３％、５．９３％，叶片平均比载荷降低２８．４％，压气机出口流量增大 了４７．４％（压比为１．９８６）。 关键词：离心压气机；数值计算；机匣喷气；叶片载荷 ＤＯＩ：１０．１１９９０／ ｊｈｅｕ．２０１６０１０９０ 网络出版地址：ｈｔｔｐ：／ ／ ｗｗｗ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ ｋｃｍｓ／ ｄｅｔａｉｌ／ ２３．１３９０．ｕ１６１３．００４．ｈｔｍｌ ＋ － － － 中图分类号：ＴＫ４２１ ．５　 文献标志码：Ａ　 文章编号：１００６ ７０４３（２０１７）０２ ０２１５ ０７ Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ ｗｉｔｈ ｃａｓｉｎｇ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ＳＵＮ Ｙｏｎｇｒｕｉ，ＷＡＮＧ Ｙｉｎｙａｎ，ＹＡＮＧ Ｃｈｕａｎｌｅｉ，ＺＵ Ｘｉａｎｇｈｕａｎ，ＬＩ Ｘｕ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｐｏｗｅｒ ａｎｄ Ｅｎｅｒｇｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈａｒｂｉｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｒｂｉｎ １５０００１，Ｃｈｉｎａ ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃａｓｉｎｇ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ ｗａｓ ａｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｍｅｔｈｏｄ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｌｏａｄｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ Ｔｕｒｂｏ⁃ ｃｈａｒｇｅｄ ｄｉｅｓｅｌ ｅｎｇｉｎｅ． Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｗｉｔｈ ｃａｓｉｎｇ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ，ａ ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ ｗｉｔｈ ｃａｓｉｎｇ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎｗａｓ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ ｎｕｍｅｒｉｃａｌｌｙ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｃａｓｉｎｇ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｉｍｐｒｏｖｅｓ ｔｈｅ ｌｏａｄｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｅｎｇｉｎｅ ｂｙ ｒｅｄｕｃｉｎｇｔｈｅｂｌａｄｅｌｏａｄｏｆ ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ，ｄｅｃｒｅａｓｉｎｇｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｐｏｗｅｒａｎｄｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｔｈｅｍａｓｓｆｌｏｗｒａｔｅ ａｔ ｔｈｅ ｏｕｔｌｅｔ ｏｆ ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ． Ｗｉｔｈ ｃａｓｉｎｇ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ，ａ ｌａｒｇｅ⁃ｓｃａｌｅ ｂａｃｋｆｌｏｗ ｅｄｄｙ ｆｏｒｍｓ ａｔ ｔｈｅ ｔｏｐ ｏｆ ｒｏｔｏｒ ｂｌａｄｅ，ａｎｄ ｔｈａｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎ ｂｏｔｈ ｔｈｅｍａｓｓｆｌｏｗ ａｔ ｔｈｅｉｎｌｅｔ ｏｆ ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ ａｎｄｅｎｔｒｏｐｙ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｄｒｏｐｐ