基于AVL-FIRE的6110柴油机气道结构优化分析研究

发布时间：2017-10-09 18:43

  本文关键词：基于AVL-FIRE的6110柴油机气道结构优化分析研究

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【摘要】：伴随着能源危机时代的到来，以及世界各国环保意识的日益增强，各个国家都在不断开发高性能、低排放发动机。而对全球范围内应用最广的动力机械柴油机来说，降低耗能和排放已经成为其研究的重点方向，而气道的设计优化对发动机的影响又是非常重大的。气道在柴油机正常运作中，其结构直接影响着发动机缸内进气充量的大小和涡流强弱，而两者对发动机的动力性、经济性和排放都有着重要的影响。因此，气道的设计优化在发动机的开发过程中占有重要的地位。 本文首先对气道优化、气道设计理论以及气道数值模拟的研究现状进行了详细回顾，并结合CFD数值模拟软件的研究现状，确定利用AVL-Fire三维流体仿真模拟软件对本文所研究的6110柴油机气道进行仿真分析。同时，本文着重从数学模型建立、数值分析方法以及气道评价上进行了详细的阐述，从而确定本课题研究的主要流程和步骤。 课题研究中以原机已有气道稳流试验数据为基础，通过对6110柴油机进气道进行结构分析，运用三维制图软件(Pro/E)建立了气道、气门、气缸等部件在内的三维模型，并结合原机气道稳流试验结果确定模型边界条件。其次利用AVL-Fire三维流体仿真软件，对该柴油机的气道进行了2mm，4mm，6mm，8mm，10mm不同气门升程的三维稳态数值模拟计算，得出速度迹线、流量系数以及涡流比等重要评价指标：进排气道流通系数分别为0.384、0.424，涡流比为2.886。结合速度迹线云图发现气道入口处气体流速相对较高，其它区域相对较缓。究其原因，气门与气门座之间流通截面对进入气缸内的气体质量流影响较大，直接影响着整个气道的流通性能。为此，考虑从进排气道DV值、气门锥角和气门座圈底孔倒角等相关结构参数进行优化。最后，在原机模型的基础上提出两种优化方案，并利用AVL-Fire软件进行仿真验证。总结出方案2进气道综合流量系数在原机基础上提升了0.0433；进气涡流比基本持平，保持在2.88附近；排气道综合流量系数增加了0.0156的改善效果。由此为优化气道流通特性研究提供了理论依据。 最后，，通过对全文的工作进行总结，指出课题研究中的一些不足之处，并结合本文课题对今后的研究工作进行了展望。
【关键词】：CFD数值模拟 流量系数 涡流比 柴油机 气道
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK423
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 1 绪论10-23
• 1.1 课题的研究背景及意义10-11
• 1.2 国内外气道气体流动数值模拟研究现状11-19
• 1.2.1 气道优化和气道流动理论研究12-15
• 1.2.2 国外气道气体流动数值模拟研究现状15-17
• 1.2.3 国内气道气体流动数值模拟研究现状17-19
• 1.3 CFD 数值模拟软件发展现状19-21
• 1.4 本文研究的主要工作内容21-23
• 2 气道流场的数学模型及求解方法23-35
• 2.1 气体运动控制方程23-33
• 2.1.1 质量守恒方程24
• 2.1.2 动量守恒方程24-27
• 2.1.3 能量守恒方程27
• 2.1.4 湍流输运方程27-31
• 2.1.5 总体数学模型分析31-33
• 2.2 控制方程的离散与求解33-34
• 2.3 控制方程的收敛准则34
• 2.4 本章小结34-35
• 3 气道数值模拟分析及评价方法35-41
• 3.1 概述35
• 3.2 有限体积法35-38
• 3.3 计算网格及生成38-40
• 3.4 运算步骤40
• 3.5 本章小结40-41
• 4 气道流动仿真计算及分析41-64
• 4.1 几何模型建立及边界条件的确定41-52
• 4.1.1 气道三维实体模型创建43-45
• 4.1.2 网格的划分45-47
• 4.1.3 边界条件及求解器设置47-52
• 4.2 原机气道仿真计算结果与分析52-56
• 4.3 气道优化分析及方案提出56-57
• 4.4 气道优化方案仿真计算结果与分析57-63
• 4.4.1 方案一优化结果与分析57-59
• 4.4.2 方案二优化结果与分析59-62
• 4.4.3 气道优化前后主要性能指标对比分析62-63
• 4.5 本章小结63-64
• 5 全文总结与工作展望64-66
• 5.1 全文总结64
• 5.2 未来展望64-66
• 参考文献66-69
• 攻读硕士期间发表的学术论文69-70
• 致谢70-71

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：1001834