基于增压发动机耦合仿真的涡轮性能预测模型研究

魏江山，薛颖娴，杨名洋，马泽泰，邓康耀

(上海交通大学 动力机械及工程教育部重点实验室，上海 200240)

0 概述

随着发动机排放标准的不断升级，对高性能发动机开发技术的需求也越来越高，涡轮增压器作为发动机高性能开发技术的关键部件，对发动机性能有重要影响。由于涡轮面临排气管中强脉动的来流条件，该非定常性对涡轮输出性能乃至发动机的进排气性能产生显著影响[1]。此外，以双通道涡轮为代表的不同构型涡轮是进一步提升发动机性能的有效途径，但面临着更为复杂的进气来流环境[2]。然而，现有涡轮模型难以对脉动与空间不均匀来流条件下的涡轮性能进行准确预测，影响了涡轮增压发动机性能的预测精度。

现有发动机中涡轮性能预测方法可以分为两大类。第一种是根据涡轮的流通能力的变化规律，将涡轮视为等效喷嘴[3]，采用热力学方程计算涡轮的等效流通面积[4]，以获取涡轮的性能参数。该方法具有计算模型简单、计算速度快等优势，在发动机设计前期的涡轮选型过程得到了广泛应用。但该方法在涡轮发动机匹配过程中仅针对涡轮性能进行热力学计算，无法精确模拟发动机真实来流条件涡轮与发动机的匹配情况。第二种方法是基于发动机一维性能商业软件进行涡轮发动机的性能预测[5]。然而以GT-Power为代表的发动机性能仿真软件中的涡轮模型依旧是基于稳态试验的图谱模型[6]，无法计算脉动来流条件对涡轮性能的影响规律，并且双通道涡轮性能预测往往需要使用不同涡轮进气工况下图谱的组合进行性能仿真[7]，降低了图谱模型的适用范围和计算精度。……