行业方案 | CAE仿真技术在涡轮增压器产品设计中的应用简介

引言

涡轮增压器实际上是一种空气压缩机，通过压缩空气来增加进气量。它是利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮，涡轮又带动同轴的叶轮，叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气，使之增压进入气缸。当发动机转速增快，废气排出速度与涡轮转速也同步增快，叶轮就压缩更多的空气进入气缸，空气的压力和密度增大可以燃烧更多的燃料，相应增加燃料量和调整发动机的转速，就可以增加发动机的输出功率程，所涉及的CAE工程问题如下：

涡轮增压器几何结构设计问题

叶片结构气动设计
蜗壳结构设计
涡轮、压气机部件设计

完整的涡轮增压器设计包含了从1维到3维的气动设计。ANSYS Vista系列软件（Vista CCD/RTD）提供了离心压缩机/向心涡轮的一维气动热设计功能，并且可以在workbench中将初始设计参数传递到叶片造型工具BladeModeler中，帮助用户解决在给定参数条件下，快速实现叶片、蜗壳从一维到三维的几何设计。

两轮的强度、刚度问题

涡轮增压器的压气机叶轮与涡轮叶轮在工作中由于气体的作用，会受到气动性的载荷作

涡壳与中间壳的发热问题

涡轮增压器一般工作在高温的环境（700-1000℃），ANSYS软件的热分析功能可以计算结构件的温度分布情况。

涡壳的热变形问题

涡轮增压器工作的高温环境，结构会产生一定的热变形与热应力。ANSYS强大的热固耦合分析功能可以评估，由于温度变化所引起的结构的强度与变形情况。

压气壳的振动问题

涡轮增压器在工作的过程中，难免会产生振动。借助ANSYS软件动力学分析功能，可以合理的评估由于各种动态载荷所引起的。

涡轮增压器性能分

ANSYS流体软件可以实现涡轮和压气机不同环境下的三维仿真模拟，获得所需的各种场量参数，如压力、温度等等，以此为基础评估流动效率。同时还具有准三维的快速分析工具Vista TF，帮助设计人员在设计初期快速进行通流设计。

其他（疲劳、噪声、优化问题）