柴油机进气道气体流动性能仿真分析

发布时间：2017-07-08 12:02

  本文关键词：柴油机进气道气体流动性能仿真分析

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【摘要】：在内燃机的研发过程中，进气道设计的是否合理决定着进入气缸内的空气充量和气体在缸内形成涡流及滚流的能力，从而影响燃油与空气的混合、火焰的传播速度及燃烧的完善程度，并最终影响发动机的整体性能和排放水平。 本文以某四气门柴油机组合进气道为研究对象，以计算流体力学为理论基础，以数值模拟分析方法为解决手段，以改进优化气道结构提高进气流量系数为主要目的，采用气道稳流试验与三维数值模拟仿真相结合的方法对该组合气道进气过程中气体流动特性进行研究分析。 首先，在气道稳流试验台上测出评价进气道性能好坏的2个重要参数：涡流比和流量系数值，并获得数值模拟所需的边界条件。 其次，通过逆向工程获得该进气道的点云数据，在UG软件中建立进气道的实体模型。应用AVL-FIRE软件对其进行网格划分，，同时加载边界条件、设置数值模拟所需的湍流模型及求解算法。采用CFD方法计算出该进气道在不同气门升程下的涡流比和流量系数值，在保证数值模拟值与稳流试验值之间吻合较好的基础上对气道内的速度场、湍动能场、三维迹线图以及流量系数和涡流比值随气门升程变化的趋势进行了详细分析，找出该气道结构设计不合理进而导致该气道流量系数较低的部位，并提出相应的改进方案。 最后，根据改进方案对原始气道模型重新修改后再次模拟。结果表明：改进后的进气道平均流量系数提高了9.97%，达到了预期改进的目标。
【关键词】：四气门柴油机 组合进气道 流量系数 涡流比 稳流试验 CFD
【学位授予单位】：辽宁工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK422
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-18
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 四气门柴油机气道组合方式及优点11-12
• 1.2.1 气道组合方式11
• 1.2.2 四气门柴油机的优点11-12
• 1.3 进气道的研究方法12-13
• 1.4 国内外研究现状13-17
• 1.4.1 进气流动数值模拟国外研究状况13-14
• 1.4.2 进气流动数值模拟国内研究状况14-17
• 1.5 论文主要研究内容17-18
• 2 进气过程气体流动的数学模型及求解方法18-30
• 2.1 计算流体力学简介18
• 2.2 气体流动的控制方程18-21
• 2.2.1 质量守恒方程18-19
• 2.2.2 动量守恒方程19
• 2.2.3 能量守恒方程19-20
• 2.2.4 气体状态方程20-21
• 2.3 湍流模型21-24
• 2.3.1 湍流数值模拟方法的分类22
• 2.3.2 标准k -ε双方程模型22-23
• 2.3.3 k -ζ-f湍流模型23-24
• 2.4 边界条件24-26
• 2.4.1 进出口边界条件25
• 2.4.2 壁面边界条件25-26
• 2.5 控制方程的离散及求解26-28
• 2.5.1 离散方法26-27
• 2.5.2 离散格式27
• 2.5.3 控制方程的求解27-28
• 2.5.4 求解计算的收敛准则28
• 2.6 整个 CFD 求解流程28-29
• 2.7 本章小结29-30
• 3 气道稳流试验研究30-39
• 3.1 气道稳流试验30-35
• 3.1.1 稳流试验的目的30
• 3.1.2 稳流试验装置30-32
• 3.1.3 测量方法32-33
• 3.1.4 稳流试验操作步骤33-34
• 3.1.5 稳流试验结果及分析34-35
• 3.2 气道评价方法35-38
• 3.2.1 Ricardo 评价方法35-36
• 3.2.2 FEV 评价方法36-37
• 3.2.3 AVL 评价方法37-38
• 3.3 本章小结38-39
• 4 进气道模型建立与流场仿真分析39-58
• 4.1 AVL-Fire 软件介绍39
• 4.2 气道三维有限元模型的建立39-41
• 4.2.1 气道几何模型39-40
• 4.2.2 计算模型的建立40-41
• 4.3 计算网格的划分41-43
• 4.4 求解器的设置43-44
• 4.4.1 边界和初始条件的设定43
• 4.4.2 控制方程的离散及求解43-44
• 4.5 模型验证44-46
• 4.5.1 进气道计算结果与试验结果的对比分析44-46
• 4.5.2 误差分析46
• 4.6 流场分析46-57
• 4.6.1 不同升程下的迹线图47-52
• 4.6.2 不同截面处的速度场分布图52-55
• 4.6.3 不同截面处的湍动能场分布图55-57
• 4.7 本章小结57-58
• 5 进气道的结构改进58-69
• 5.1 进气道改进方案 158-59
• 5.2 进气道改进方案 259-63
• 5.2.1 方案 2 改进思路与流场分析59-62
• 5.2.2 改进前后计算结果对比62-63
• 5.3 进气道改进方案 363-65
• 5.3.1 方案 3 改进思路与流场分析63-65
• 5.3.2 改进前后计算结果对比65
• 5.4 方案 4 气门锥角的改进65-67
• 5.5 本章小结67-69
• 6 结论69-71
• 6.1 全文总结69
• 6.2 工作展望69-71
• 参考文献71-73
• 攻读硕士期间发表学术论文情况73-74
• 致谢74

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 罗马吉,黄震,蒋炎坤,陈国华;内燃机进气过程多维数值模拟的研究[J];车用发动机;2003年05期

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5 熊莉芳;林源;李世武;;-湍流模型及其在FLUENT软件中的应用[J];工业加热;2007年04期

6 黄荣华;肖华;纪志高;张志勇;;4气门柴油机进气道结构参数对进气性能的影响[J];华中科技大学学报(自然科学版);2008年07期

7 吴家

本文编号：534422