【技术实现步骤摘要】
一种双通道蜗壳的设计方法
[0001]本专利技术涉及多缸发动机涡轮增压器的废气导流部件设计
，更具体的说，是涉及一种双通道蜗壳的设计方法
。
技术介绍
[0002]在涡轮增压器中，涡轮蜗壳的主要作用是收集加速发动机排出的废气，并使其沿一定的角度冲击涡轮
。
蜗壳广泛应用于各种汽车船舶涡轮增压器中，在国防
、
民用工业等领域发挥着不可替代的作用
。
蜗壳是增压器涡轮的核心部件之一，它的主要作用是对发动机废气进行加速和导流，以满足涡轮的进气要求，提高涡轮的做功能力
。
[0003]目前，涡轮蜗壳的型线设计主要包括蜗壳螺旋段设计
、
蜗壳预旋段设计以及蜗壳进口段设计
。
最常用的设计方法是依据蜗壳内气体流动动量矩守恒定理
,
将蜗壳截面划分为两部分：梯形和圆形部分，并计算出蜗壳型线随方位角变化规律，再利用
CAD
软件造型
。
这种方法在面对比较简单的截面形状时效果较好，但难以处理截面形状较为复杂的情况
。
另外，随着多缸发动机的发展，传统的单通道蜗壳会出现进气干涉问题，这会导致气流混乱度增强，使得气流损失增大，削弱蜗壳的导流加速作用
。
技术实现思路
[0004]本专利技术的是针对现有技术中存在的技术缺陷，提供一种基于参数化造型的双通道蜗壳设计方法，在一定程度上解决进气干涉问题，并通过非对称设计来适应不同的进气条件
。...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.
一种双通道蜗壳的设计方法，其特征在于，所述蜗壳的螺旋段型线的设计包括下述步骤：
(1)
依据给定的蜗壳设计气动参数和几何参数计算蜗壳最小截面圆弧半径
r1及其方位角
θ0；
(2)
令蜗壳截面方位角
θ
∈[
θ0,360
°
]
所对应的蜗壳截面圆弧半径为
r1；
(3)
采用隐式迭代计算方法计算蜗壳截面方位角为0时所对应的蜗壳截面圆弧半径
r3；
(4)
在
[r1,r3]
中选取半径
r
，代入方程组，得出其对应的方位角
θ
，由半径的任意性可知，方位角
θ
也是任意的；
(5)
根据任意蜗壳截面方位角
θ
处截面圆的空间坐标参数方程计算任意蜗壳截面方位角
θ
处截面圆的空间坐标
(X,Y,Z)
；
(6)
根据不同蜗壳截面方位角处截面圆的空间坐标得到蜗壳螺旋段截面圆空间型线；所述步骤
(1)
中给定的蜗壳进口截面气动参数包括非对称因子
D
，蜗壳进口质量流量
G
t1
，蜗壳进口绝对速度切向分量
c
1u
，蜗壳通道内的气体密度
ρ
，速度损失系数蜗壳设计几何参数包括：蜗壳出口半径
r0，蜗壳进口宽度
b
r
，基圆半径
R
h
，通道结构角
γ
，汇流角
bt
；所述步骤
(1)
中蜗壳最小截面圆弧半径
r1的计算公式为：式中：
C
是两个通道之间的间隙的
1/2
，
b
r
是出口宽度，
γ
是通道结构角，
δ
＝
γ
/2
；
r1对应的方位角
θ0的计算公式为
:
式中：
k
是积分常系数，
ρ
是蜗壳进口气体密度，
c
1u
是蜗壳出口绝对速度切向分量，
r0是蜗壳出口半径，是速度损失系数；
s1是线段1的径向长度，
b
r
是蜗壳出口宽度，
C
是两个通道之间的间隙的
1/2
，
bt
是汇流角；
s'2是最小截面线段3的径向长度，其值为0，
γ
是通道结构角，
δ
是
γ
的
1/2
；
R'0是最小截面大圆弧圆心距基圆圆心的距离
,R
h
是基圆半径，
r1是蜗壳最小截面圆弧半径；
G'
θ1是通过汇流段小三角的质量流量；
G'
θ2是通过梯形的质量流量，
G'
θ3是通过弧边梯形的质量流量，
G'
θ4是通过半圆的质量流量，
G
T
是通过蜗壳的总流量，蜗壳截面的基础形状为梨形，而最小截面退化成了圆弧，整体尺寸与汇流段小三角相当；步骤
(4)
中所述方程组为：式中：
k
是积分常系数，
ρ
是蜗壳进口气体密度，
c
1u
是蜗壳出口绝对速度切向分量，
r0是蜗壳出口半径，是速度损失系数；
s1是线段1的径向长度，
b
r
是蜗壳出口宽度，
C
是两个通道之间的间隙的
1/2
，
bt
是汇流角；
s2是最大截面线段3的径向长度，
γ
是通道结构角，
δ
是
γ
的
1/2
；
R0是截面大圆弧圆心距基圆圆心的距离
,R
h
是基圆半径；
G
θ1是通过汇流段小三角的质量流量；
G
θ2是通过梯形的质量流量，
G
θ3是通过弧边梯形的质量流量，
G
θ4是通过半圆的质量流量，
G
T
是通过蜗壳的总流量，蜗壳截面的形状以梨形为基础与汇流段小三角复合而成，小三角大小不变，梨形会随着方位角变小而增大，其大小可由大圆弧的半径
r
确定；所述步骤
(5)
中任意蜗壳截面方位角
θ
处截面圆的空间坐标参数方程为：线段1：
线段2：大圆弧：线段3：式中：
R
h
为基圆半径，
b
r
为蜗壳出口宽度，
γ
为通道结构角，
δ
＝
γ
/2,C
是两个通道之间的间隙的
1/2
，
r
是大圆弧半径，
θ
是蜗壳截面方位角，
β
是线段插值参数，
β
∈[0,1]
；
α
是圆弧插值参数，截面型线的分段从汇流段小三角形的斜边开始逆时针环绕截面轮毂划分得到，并根据蜗壳截面的实际情况，没有在蜗壳出口处闭合；所述蜗壳的预旋段型线的设计方法为：
①
令预旋角度为即起始截面方位角为截面在
θ
＝00
的截面基础上修改：首先径向位置增加
Δ
h
，线段1消失，剩余部分的坐标点相对于
θ
＝00
的坐标点变化一个方位角，同时增加小圆弧段，起始截面结构实际上由原来的复合形状变成了完整的梨形，并在径向位置上增加了一定距离；
②
根据变方位角公式得到起始截面线段
2、
大圆弧
、
线段3的空间坐标
③
根据小圆弧空间坐标参数方程得到小圆弧的空间坐标
(X
D
,Y
D
,Z
D
)
；
④
预旋段终止截面为螺旋段起始截面，两面之间的型线不做具体设计，曲面放样后的结果合适即可；所述蜗壳的进口段型线的设计方法为：
①
令蜗壳进口形状为由两条长度为
H
的线段和两个半径为
r3的半圆组成的胶囊状，或是两头一样大的梨形；
②
令进口截面平行于预旋段起始截面，两截面间的距离为
L
，且两截面形心在
L
＝0时具有相同的径向距离；
③
根据空间坐标公式得到进口截面的空间坐标，进而得到进口截面型线；将上述蜗壳螺旋段
、
预旋段
、
进口段的进口坐标组合可以得到单边蜗壳的结构，若得到双通道蜗壳，还需进行以下步骤：
①
利用上述蜗壳造型方法，根据非对称因子的大小，设计另一种通道截面大小不同的蜗壳，所述非对称因子的公式如下：式中：
G
t1
是蜗壳1的进口流量，
G
t2
是蜗壳2的进口流量
。
②
将两蜗壳的底面相和，得到双通道蜗壳
。2.
根据权利要求1所述的蜗壳的设计方法，其特征在于，步骤
(3)
中蜗壳截面方位角为0的蜗壳截面圆弧半径
r3的迭代公式如下：
式中：
k
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