内燃机进排气过程数值模拟

发布时间：2017-05-25 04:11

  本文关键词：内燃机进排气过程数值模拟，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：发动机性能的好坏是汽车行驶过程中的最主要因素，而发动机气缸内工作过程是一个很复杂的过程，发动机工作过程包括四个冲程：进气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程，本文只对进排气过程进行研究，利用软件对发动机进排气过程进行模拟。 以前主要是通过实验的方法来对发动机进排气工作过程进行研究，最后得出来的是进排气工作过程中气体流动过程中的参数，用实验的方法来研究气体的流动状态，这种方法不仅实验周期特别长而且花费特别大。同时由于实验过程中各种偶然的因素太多，故测得数据不是那么的准确，近年来随着计算机技术的不断发展和计算流体力学等理论的不断完善，研究发动机工作过程的主要方式逐渐变成了数值模拟方法（CFD），各国研究的热点主要是对发动机缸内气体流动进行瞬态数值模拟研究，因为发动机实际工作过程就是一个瞬态的过程，所以瞬态数值模拟能够直观的观察到各种流场状态在气缸内的形成，获得的流场信息更加全面准确。另外数值模拟的方法还有成本低、周期短等优点，目前，在机械设计方面，采用这种计算机辅助设计的方式已经极为普遍。 在本次发动机工作过程流场模拟中，本文主要做了以下工作，对某柴油机的进气道、排气道、进气门、排气门、活塞和缸套等进行三维建模；研究了如何对进排气道、气门、气缸进行动网格划分，，并通过建立程序确保进排气门与活塞运动相协调，划分网格的过程中必须使网格在模拟过程中保持良好的质量，以保证整个模拟的准确度；本文运用fluent软件对发动机整个工作过程进行了模拟仿真，不涉及到燃烧及喷雾过程，只对进排气过程中的气体流场进行模拟，分析了气体运动的速度场和压力场等参数的变化，分析结果表明： （a）在排气的过程中，在排气门开启之前，缸内压强远远大于排气道的压强，随着活塞的运动和排气门的开启，缸内的气体由于缸内压强大开始朝排气道剧烈运动，这时缸内的速度很大，然后随着缸内压强的减小，排气道内部的压强不断增大，气缸内部气体流动速度也在逐渐下降，在排气过程的最后缸内压强与排气道压强差距很小。 （b）在进气的过程中，随着活塞的运动，气缸的容积在不断扩大，气缸内部压强在逐步减小，由于缸内压强相比较排气道的压强较小，大量的气体通过进气门进入气缸内部，气流流动速度开始增大，随着进气量的逐渐增大，气缸内部压强也在不断增大，最后气缸内部压强与进气道的压强差距较小，气缸内部的气流速度也在逐渐减小。 （c）由前面对不同曲轴转角时气缸内部气体速度矢量云图发现，进气门在其中起到了阻流板的作用，初期在进气门与气缸壁的两侧产生了两个涡流，随后在活塞的不断运动下，两个涡流在进气过程的末期形成了一个很大的滚流，滚流的形成对发动机缸内气体的混合和燃烧起着非常有利的作用。
【关键词】：发动机 工作循环过程 缸内流场 瞬态数值模拟
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TK401;TK421
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1. 绪论10-18
• 1.1. 研究背景10-11
• 1.2. 研究意义11-12
• 1.3. 国内外研究状况12-16
• 1.3.1. 国外研究状况12-15
• 1.3.2. 国内研究状况15-16
• 1.4. 本文主要研究内容16-18
• 2. CFD 模拟理论基础及方法介绍18-44
• 2.1. 概述18-23
• 2.1.1. 计算流体动力学简介18-19
• 2.1.2. 发动机缸内气体的主要流动方式19-21
• 2.1.3. CFD 求解过程21-22
• 2.1.4. CFD 具体工作步骤22-23
• 2.2. FLUENT 概述23-25
• 2.2.1. Fluent 软件的简介23-25
• 2.2.2. Fluent 软件的求解步骤25
• 2.3. 流动与传热问题的控制方程25-30
• 2.3.1. 连续性方程26
• 2.3.2. 动量方程26-27
• 2.3.3. 能量方程27-28
• 2.3.4. 动网格守恒方程28-29
• 2.3.5. 通用控制方程29-30
• 2.3.6. 其他控制方程30
• 2.4. 数值计算方法30-33
• 2.5. 湍流的数值模拟33-42
• 2.5.1. S-A 模型36-37
• 2.5.2. k-ε模型37-40
• 2.5.3. RSM 模型40-41
• 2.5.4. LES 模型41-42
• 2.6. 内燃机缸内各阶段工作过程模拟42-43
• 2.6.1. 进气过程42
• 2.6.2. 排气过程42-43
• 2.7. 边界条件简介43-44
• 3. 内燃机进排气模型的建立和网格的生成44-55
• 3.1. 几何模型的建立44-46
• 3.2. 网格的分类及划分46-53
• 3.2.1. 动网格模型47-48
• 3.2.2. 网格的划分48-50
• 3.2.3. 动网格的划分50-53
• 3.3. 边界条件53-55
• 4. 柴油机进排气过程缸内流场分析55-77
• 4.1. 排气过程55-59
• 4.1.1. 排气过程的压力变化56
• 4.1.2. 排气过程的速度变化56-59
• 4.2. 进气过程59-77
• 4.2.1. 气体速度流场的变化分析60-72
• 4.2.2. 气体压强流场的分析72-77
• 5. 总结与展望77-79
• 5.1. 总结77-78
• 5.2. 展望78-79
• 参考文献79-83
• 攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果83-84
• 致谢84

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 李锋,赵青,罗运军;气门形状对汽油机缸内空气运动的影响[J];北京航空航天大学学报;2001年01期

2 武辉成;我国轿车动力柴油化发展探讨[J];汽车工业研究;2004年12期

3 崔心存;发展汽车燃料及内燃机战略之我见[J];汽车工业研究;2004年12期

4 卓松芳;;我国轿车柴油化路在何方[J];城市车辆;2007年07期

5 李绍安,苏万华;内燃机燃烧模型的研究现状与展望[J];车用发动机;1998年02期

6 杨忠敏;车用动力柴油化的技术研究与开发方向[J];柴油机设计与制造;2004年01期

7 张志荣,冉景煜,张力,蒲舸;内燃机缸内气体CFD瞬态分析中动态网格划分技术[J];重庆大学学报(自然科学版);2005年11期

8 刘书亮,孙晓燕,史绍熙,冯明志,李康;四气门汽油机中滚流运动的三维数值模拟[J];工程热物理学报;1999年01期

9 罗马吉,黄震,陈国华,蒋炎坤;发动机进气流动三维瞬态数值模拟研究[J];空气动力学学报;2005年01期

10 杨玟,吴承雄;进气道稳流试验装置内三维流动特性的数值分析[J];内燃机工程;1998年03期

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 王宇琳;柴油机缸内气流运动模拟[D];昆明理工大学;2002年

2 彭立印;柴油机缸内流体流动数值分析[D];西南交通大学;2007年

  本文关键词：内燃机进排气过程数值模拟，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：392700