2021年9月23日北京理工大学叶轮机械与增压技术研讨所北京理工大学叶轮机械与增压技术研讨所马朝臣马朝臣 教授教授背景总体方案与性能预测关键部件研讨一一二二三三结语四四一、研讨背景一、研讨背景1、高原国土面积大。三分之一左右，其中大部分为2000-4500m，少数地域海拔高度5000m以上。2、内燃机在高原任务性能劣化。功率下降、排温升高、排放恶化-经济效益和社会效益大减。3、增压技术措施：单级涡轮增压系统可以2000m海拔范围内恢复内燃机的功率；2000米以上二级增压效果更好，但构造复杂且平原条件下冗余。4、新思绪：外挂安装-燃气轮机辅助增压系统。平原摘除，高原附装，特别适用于车队，或者在用车辆。提出了一种燃机辅助型内燃机高原动力性恢复技术方案。提出了一种燃机辅助型内燃机高原动力性恢复技术方案。二、总体方案与性能预测二、总体方案与性能预测1-辅助空滤器；辅助空滤器；2-双参数输出双参数输出压气机；压气机；3-辅助涡轮；辅助涡轮；4、21-执行器；执行器；5-喷油器；喷油器；6-熄灭室；熄灭室；7-点火器；点火器；8-控制系统；控制系统；9-切切换阀；换阀；10-主空滤器；主空滤器；11、14-主增压器；主增压器；12-中冷器，中冷器，13-发发动机动机 ，15-辅助涡轮进气温度辅助涡轮进气温度/压力传感器，压力传感器，16、17、18-辅辅助压气机排气温度助压气机排气温度/压力传感压力传感器，器，19、20-旁通阀旁通阀燃机型辅助增压系统安装的研制开发燃机型辅助增压系统安装的研制开发二、总体方案与性能预测二、总体方案与性能预测500*300*450400*450*450燃机型辅助增压系统与柴油机结合任务过程仿真燃机型辅助增压系统与柴油机结合任务过程仿真发动机型式 直列6缸四冲程水冷增压中冷直喷缸径冲程112145mmxmm排量8.6L二、总体方案与性能预测二、总体方案与性能预测外特性燃机油耗占比柴油机转速燃机型辅助增压系统与柴油机结合任务过程仿真燃机型辅助增压系统与柴油机结合任务过程仿真二、总体方案与性能预测二、总体方案与性能预测辅助安装、4500m、100%负荷平原外特性平原90%负荷平原80%负荷平原70%负荷平原60%负荷双参数输出离心压气机的设计及特性研讨双参数输出离心压气机的设计及特性研讨 产生两种不同压比的离心压气机，如下图，包括压气机前壳、压气机后壳、环形分流板和阶梯型离心压气机叶轮。1压气机前壳2压气机后壳3环形分流板4阶梯型叶轮三、关键部件三、关键部件-双参数输出压气双参数输出压气机机 采用商业软件NUMECA对所设计的离心压气机进展了数值模拟。下表给出了三维数值模拟结果与设计要求的对比，从中可以看出，该离心压气机设计点目的根本到达要求。设计要求设计要求CFD模拟结果模拟结果低压流量（低压流量（kg/s）0.250.25低压压比低压压比1.81.7高压流量（高压流量（kg/s）0.10.1高压压比高压压比3.53.4三、关键部件三、关键部件-双参数输出压气双参数输出压气机机三、关键部件三、关键部件-双参数输出压气双参数输出压气机机低压端效率特性低压端效率特性低压端压比特性低压端压比特性高压端效率特性高压端效率特性高压端压比特性高压端压比特性三、关键部件三、关键部件-小型滚流熄灭室小型滚流熄灭室研讨研讨研讨目的：减小总压损失研讨目的：减小总压损失根本原理：减少气流折返根本原理：减少气流折返冷态模拟计算及结果分析冷态模拟计算及结果分析 由结果可见在熄灭室的头部区回流作用明显。在熄灭室的中部流线受掺混空气的影响，同时熄灭室上侧流线有混合掺混迹。在熄灭室出口部分，流线趋于稳定平滑。以上的模拟结果显示了该构造可以构成稳定的回流区，因此可以在冷态稳定流场的根底上进展进一步的雾化模拟以及熄灭模拟。三、关键部件三、关键部件-小型滚流熄灭室小型滚流熄灭室研讨研讨冷态模拟计算及结果分析冷态模拟计算及结果分析 总压恢复系数明显提高总压恢复系数明显提高三、关键部件三、关键部件-小型滚流熄灭室小型滚流熄灭室研讨研讨两种熄灭室的总压恢复系数热态模拟结果及分析热态模拟结果及分析中心温度速度分布云布图出口温度分布云图 熄灭室出口截面温度分布云图中可以看出温度较高区域位于出口截面中心偏向右半部分，温度范围在970-1038K左右；温度较低区域位于中心偏左部分，温度范围为830-920K左右。经计算，出口截面的平均温度为955.1K。熄灭室出口温度分布较为合理，可满足涡轮做功的需求。三、关键部件三、关键部件-小型滚流熄灭室小型滚流熄灭室研讨研讨1、燃气涡轮辅助增压系统方案可在、燃气涡轮辅助增压系统方案可在4500m高原恢复柴高原恢复柴油机功率到油机功率到90 %甚至更高；甚至更高；2、在恢复功率的同时思索到辅助燃机的耗油，经济性、在恢复功率的同时思索到辅助燃机的耗油，经济性仍优于原机，总经济效益大幅度提高；仍优于原机，总经济效益大幅度提高；3、初步对关键部件进展了方案设计和仿真。、初步对关键部件进展了方案设计和仿真。四、结语四、结语