专利汇可以提供离心压气机变海拔全工况通流设计优化方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且一种离心 压气机 变海拔全工况通流设计优化方法,包括以下步骤:①针对匹配目标 内燃机 ,确定其多个工作海拔高度对应进气状态和对应运行工况点特点,计算推导内燃机和压气机工作边界条件;②计算内燃机变海拔性能的全工况目标参数,③确定压气机关键几何参数作为多工况设计的优化变量;④以所述步骤③所得压气机关键几何参数为优化输入变量,计算内燃机变海拔全工况性能参数;⑤判断所述步骤④所得内燃机变海拔全工况性能参数是否达到所述步骤②中确定的目标值。本 发明 高效、目的性强且以流动机理为根本出发,有效地提升了内燃机变海拔热 力 循环性能。,下面是离心压气机变海拔全工况通流设计优化方法专利的具体信息内容。
1.一种离心压气机变海拔全工况通流设计优化方法,其特征在于:包括以下步骤:
①针对匹配目标内燃机,确定其多个工作海拔高度对应进气状态和对应运行工况点特点,计算推导内燃机和压气机工作边界条件;
②依据内燃机的结构参数,基于内燃机一维热力循环模型计算内燃机变海拔性能的全工况目标参数;
③根据所述步骤①所得压气机工作边界条件,依据压气机基本结构参数,基于离心压气机三维通流模型确定压气机关键几何参数作为多工况设计的优化变量;
④基于内燃机变海拔全工况增压通流联合仿真平台,以所述步骤③所得压气机关键几何参数为优化输入变量,计算内燃机变海拔全工况性能参数;
⑤判断所述步骤④所得内燃机变海拔全工况性能参数是否达到所述步骤②中确定的目标值,当达到目标值时,输出压气机通流设计结构参数值;否则,通过设计算法优化调整压气机关键几何参数,返回所述步骤③。
2.根据权利要求1所述的离心压气机变海拔全工况通流设计优化方法,其特征在于:上述步骤①内燃机工作边界条件包括最大爆发压力、排气温度和排放量,约束条件可写成表达式:
最大爆发压力限制:Pmax≤Pmax,lim;
排气温度限制:Tex≤Tex,lim
排放量限制:qex≤qex,lim
其中,Pmax为缸内最大爆发压力;Tex为排气温度;qex为某特定排放污染物排放量;
压气机工作边界条件包括:进口总温、进口总压、质量流量和转速,约束条件可写成表达式:
喘振边界限制:
堵塞边界限制:
最高转速限制:Nmax≥Nmax,lim
其中, 为压气机转速喘振边界流量,按增压发动机低速工况进气量需求设定其上限 为压气机转速堵塞边界流量,按增压发动机全负荷最高转速工况进气量需求设定其下限为 Nmax为离心压气机全工况最高转速。
3.根据权利要求1所述的离心压气机变海拔全工况通流设计优化方法,其特征在于:上述步骤②中,内燃机的结构参数包括内燃机进排气系统的结构参数、气缸参数和内燃机运行参数。
4.根据权利要求1所述的离心压气机变海拔全工况通流设计优化方法,其特征在于:上述步骤②中,内燃机变海拔性能的全工况目标参数包括:不同海拔条件下,内燃机全负荷功率及该功率对应的扭矩和燃油消耗率,全负荷条件下内燃机对应喘振裕度;部分负荷功率及该功率对应扭矩和燃油消耗率;压气机性能目标参数包括:增压比、流量范围、效率和转速。
5.根据权利要求1所述的离心压气机变海拔全工况通流设计优化方法,其特征在于:上述步骤③中压气机基本结构参数包括:压气机进口叶尖半径、压气机进口叶根半径、压气机进口叶片角、压气机出口叶高、压气机出口后弯叶片角、压气机叶轮出口半径、压气机叶轮厚度、压气机扩压器出口半径和分流叶片位置分布。
6.根据权利要求1所述的离心压气机变海拔全工况通流设计优化方法,其特征在于:上述述步骤③中压气机关键几何参数包括:离心压气机叶轮进口相对直径D1/D2、进口叶尖叶片角β1t、出口相对宽度b2/D2和出口后弯角β2b。
7.根据权利要求1所述的离心压气机变海拔全工况通流设计优化方法,其特征在于:上述步骤④中内燃机变海拔全工况增压通流联合仿真平台是指根据已知型号的内燃机及与其相匹配的涡轮增压器结构参数,基于GT-Power仿真软件建立变海拔内燃机一维热力循环模型和基于ANSYS Fluent仿真软件建立离心压气机三维流场数值模拟模型,完成包括三维模型网格细分和1D/3D模型耦合端口设置工作,再将1D/3D模型进行联合仿真并通过试验数据进行模型校核,所建立可用于预测压气机关键几何参数对内燃机变海拔全工况条件下热力循环性能影响的内燃机增压通流联合仿真平台。
8.根据权利要求1所述的离心压气机变海拔全工况通流设计优化方法,其特征在于:上述步骤④针对内燃机全负荷低速工况、全负荷高速工况、部分负荷工况三种典型工况,将压气机叶轮几何参数,即进口相对直径D1/D2、进口叶尖叶片角β1t、出口相对宽度b2/D2和出口后弯角β2b作为多工况设计的优化变量,以内燃机全负荷低速工况转矩最大、全负荷高速工况额定转速功率和部分负荷燃油消耗率最低为优化目标,在不同海拔条件下,内燃机全工况性能参数值的计算包括以下内容:
A.全负荷低速工况:
在内燃机全负荷低速工况,以动力性指标为设计目标,选取内燃机某一低速工况转矩Tq达到最大作为压气机设计的优化目标,目标函数定义为:
B.全负荷高速工况:
在内燃机全负荷高速工况,以动力性指标为设计目标,选取内燃机额定转速功率Pe达到最大作为增压压气机设计的优化目标,目标函数定义为:
C.部分负荷工况:选取燃油消耗率ge达到最低作为增压压气机设计的优化目标,选择增压内燃机某常用工况点性能来表征部分负荷工况综合性能,这时目标函数定义为:
。
9.根据权利要求3所述的离心压气机变海拔全工况通流设计优化方法,其特征在于:上述步骤②中,内燃机进排气系统的结构参数包括管长和管径,气缸参数包括缸径、冲程、喷油规律和燃烧放热规律,内燃机运行参数包括转速、负荷和摩擦损失。
10.根据权利要求8所述的离心压气机变海拔全工况通流设计优化方法,其特征在于:
上述步骤④中对于部分负荷工况根据内燃机运行工况点分布,将其运行面工况划分为若干区域,分别针对各区域特征工况点的燃油消耗率ge进行增压压气机设计优化,同时按各区域工况点分布频率施加相应的权重系数,此时目标函数定义为:
式中,wi表示i工况区域的权重。
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