涡轮增压排气系统三维结构设计

宿良　赵明

摘 要：本文要进行涡轮增压设计，通过本模型可以进行进排气管路增压系统的布置，为了更好的进行试验研究，需要对进排气管道重新进行设计，并对进排气管道内流场进行数值模拟，以掌握管道内气体流动的详细情况。最后对管道进行流场计算分析，根据试验台架的实际结构以及流体仿真计算的结果，确定最佳管道方案以为试验提供参考。

关键词：涡轮增压;排气;2级增压;网格

1 流场计算软件的选取

在众多 CFD 模拟软件中，国内外应用比较广泛的是 Fluent 软件。它具有丰富的物理模型、先进的数值计算方法和强大的前后处理功能，广泛的应用于汽车的研发、石油天然气输送管道的设计、涡轮机和飞行器的设计等方面。本文在流场计算时就选择了 Fluent 软件。

2 进排气管道几何仿真模型的建立

利用 Pro/Engineer 绘制了两级增压后进排气管道的模型，管道总体安装结构图，如图 1.1 所示，排气管道包括一根排气总管和两根排气支管，排气管道的具体结构如图 5.5 所示，管道弯度都是 90°，可从图中看出。

3 管道结构网格的组建

在进行三维流体计算前，首先要将几何模型在空间位置上将其划分成许多子区域，每个子区域都遵循流体的守恒定律。计算的精度和计算收敛性将受生成网格质量的好坏的直接影响。

根据网格点的连接关系可分非结构化网格、结构化网格和混合网格三大类。结构化网格的网格点连接是固定的、有规则的，导致生成网格也是有规则的，并且该种方法占用计算机的内存小，但是对于结构复杂的模型不能自动生成网格;非结构化网格的网格点连接是无规则的，导致生成网格是无规则的，网格数占用计算机内存空间较多，但其无规则变化对结构复杂模型的不规则区域的网格生成却十分有利;混合网格则是前两种结构网格的组合。

结论

本文所计算的排气管道整体结构相对简单，由于主要研究的是管道结构对气体流动的影响，因此选择了六面体结构网格，主要方法是利用 Pro/Engineer 软件建立排气管道的三维模型，先保存为“stp”格式，然后再将其导入 GAMBIT 前处理软件进行网格划分和边界条件的设定。排气总管道的网格划分如图 1.2（a）所示，约为 15 万个网格，排气中间管道的网格划分如图 1.2（b）所示，约为9万个网格。生成的网格线与流体的流动方向一致，扩散误差小，计算速度快和计算精度高等优点。

作者简介：

宿良，男，山东高密人，硕士研究生，山东科技职业学院教师。

项目来源：2015年度山东省高等学校科研計划项目

项目名称：发动机N级涡轮增压器的研究

项目编号：J15LB64