车用高增压跨声速离心压气机设计与性能提升

“车用跨声速离心压气机设计 - 郑新前 - 清华大学汽车工程系” 本文主要关注的是车用跨声速离心压气机的设计，作者郑新前通过全三维气动设计技术，设计了一款压力比高达4.0的离心压气机，这款压气机不仅适用于车辆，还能够应用在微型燃气轮机上。随着内燃机功率密度的不断提升，高增压压比的需求逐渐增加，而这款跨声速离心压气机正是应对这一需求的创新解决方案。 跨声速流动是压气机设计中的一个重要概念，它指的是气体在压气机内部流动时，部分区域流速接近或超过声速的状态。在这种状态下，流动特性会发生显著变化，例如出现激波、流动分离等复杂现象，对压气机效率和稳定性带来挑战。因此，设计跨声速离心压气机需要充分理解并掌握这些流动特征，以确保压气机在运行过程中能保持高效且稳定的工作状态。 在设计过程中，郑新前采用了全三维气动设计技术，这种技术能够更精确地模拟气体流动，帮助设计师优化压气机内部的流道形状，减少流动损失，提升压气机性能。此外，设计原则和方法也针对跨声速流动进行了专门考虑，包括叶片的几何形状、攻角设定、扩压器的设计等，以适应高速气流的动态特性。 在实际应用中，新的离心压气机被应用于一款现有型号的涡轮增压器改型。测试结果显示，当发动机在额定转速2200r/min下运行时，油耗降低了4.1g/(km.h)，同时涡轮进口温度下降了35K。这样的改进对于提高发动机的燃油经济性和降低排放具有重要意义，同时也证明了新型跨声速离心压气机在提升内燃机性能上的显著效果。 关键词涉及的方面包括压气机设计、跨声速流动、高压比、涡轮增压以及设计方法。中图分类号TK421.8将该研究归类于内燃机及燃气轮机领域，文献标识码A则表示这是一篇原创性的科研论文。 这项工作展示了在车辆动力系统中，如何通过先进的设计技术和深入理解跨声速流动原理，来改进离心压气机，从而提高内燃机的性能和效率。这样的研究成果对于推动汽车工业的技术进步，尤其是提高燃油效率和减少环境污染方面具有重要价值。