8V150柴油机涡轮增压系统排气管系设计研究

近年来为了满足动力、环境和能源方面的需求,柴油机的设计已经越来越精细,对于增压中冷四冲程柴油机,特别是高增压的柴油机,为了保证排气能量的有效利用,同时保证各缸换气过程的顺利进行,对排气管系统的设计越来越关注。柴油机排气管系统的研究主要有两种方式:一是通过试验研究的方式,根据试验数据对排气管系统进行改进设计。二是随着计算机技术的不断进步,可以通过仿真计算来研究排气管系统的流动以及排气能量的利用情况。与试验相比较,采用数值模拟方法来研究排气管系统的流动问题不仅可以大大降低研究费用,节省人力、物力,缩短开发周期,而且还可以获得一些实验不能测量或难以测量的结果,同时可以得到十分详细的流动信息。 本文以我国自行设计、研制的新型高速柴油机8V150增压中冷柴油机为研究对象,为了改善该型柴油机全工况性能,利用发动机性能仿真软件GT-POWER建立了8V150柴油机的工作模型,排气管系采用脉冲转换器排气管系统,并根据试验数据对发动机在标况和最大扭矩工况下进行了校核计算;在校核模型的基础上对排气管系统部分进行了重新设计,建立了MIXPC增压排气管系统和优化的排气管系统,分别进行了多方案分析,结果表明这两种排气管系统都具有较好的全工况性能,特别是解决了因采用脉冲转换器排气管系统而使柴油机高工况油耗高的问题,且低工况性能也有较大改善。 在一维性能计算的基础上,为了研究排气管系统的流动情况,本文建立三维排气管系统模型,包括脉冲转换器排气管系统和MIXPC增压排气管系统,利用STAR-CD前处理软件对排气管系统进行网格划分;通过与GT-POWER模型的耦合计算,并对排气管系统内的流场、压力场和耗散率分布的分析,结果表明MIXPC增压排气管系统不仅能解决低工况柴油机扫气干扰的问题,而且脉冲能量的利用率较高,结构紧凑,动态响应较好,适用于八缸增压中冷柴油机,同时也为进一步对排气管系统的优化设计奠定了基础。