汽車渦輪增壓瞬態(tài)熱行為的建模與分析

渦輪增壓技術(shù)是減少內(nèi)燃機(jī)燃油消耗的關(guān)鍵技術(shù)。然而，目前行業(yè)對渦輪增壓的建模通常是假設(shè)渦輪機(jī)和壓縮機(jī)在絕熱條件下工作。雖然一些國家已經(jīng)提出最先進(jìn)的建模方法來模擬渦輪增壓的熱行為，但都是集中在熱穩(wěn)定條件下進(jìn)行。研究將一個帶有能夠測量溫度的渦輪增壓器安裝到2.2L柴油機(jī)上，并同時開發(fā)了一維集總?cè)萘繜岱抡婺Ｐ?。分別在穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)工況下對汽車渦輪增壓器進(jìn)行熱測量試驗。試驗發(fā)現(xiàn)，壓縮機(jī)的熱流量主要是由壓縮氣體流動到壓縮機(jī)殼體時產(chǎn)生的；仿真模型明顯地改善了氣體溫度預(yù)測的誤差，壓縮機(jī)和渦輪機(jī)的溫度誤差分別從9.8℃、35.8℃降低到7.1℃、8.4℃。

在發(fā)動機(jī)動態(tài)運(yùn)行條件下對試驗結(jié)果和仿真結(jié)果進(jìn)行分析。動態(tài)條件包括變化的發(fā)動機(jī)速度和負(fù)荷引起的熱瞬態(tài)過程，并伴隨著渦輪機(jī)入口溫度的變化，變化范圍為200～800℃。熱行為的研究是在環(huán)境溫度為25℃下進(jìn)行的，模型的校正過程基于穩(wěn)態(tài)條件下進(jìn)行，用來預(yù)測渦輪機(jī)和壓縮機(jī)的排氣溫度，預(yù)測誤差分別為8.7℃和7.1℃。在渦輪機(jī)一側(cè)，由于結(jié)構(gòu)中熱量的積累，觀察到的排氣氣體峰值熱損失是熱穩(wěn)定條件下的2倍。所提出建模方法的主要用于預(yù)測渦輪機(jī)出口的氣體溫度，未來的工作主要包括改進(jìn)溫度測量的方法、改善瞬態(tài)響應(yīng)、對外部傳熱的控制以及建模時考慮渦輪增壓器中心軸承殼等。

刊名：Journal of Engineering for Gas Turbines and Power（英）

刊期：2014年第136期

作者：Richard D.Burke et al

編譯：孫堅