柴油机螺旋进气道数字化设计方法研究

发布时间：2017-08-14 17:14

  本文关键词：柴油机螺旋进气道数字化设计方法研究

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【摘要】：随着世界能源危机的日益严峻,排放法规的日益严格,研究高效率、低排放的发动机势在必行。柴油机缸内空气的运动,影响着缸内混合气的形成、燃烧以及对外输出的功率,进而影响着柴油机的整体性能。设计并制造出满足柴油机性能和排放要求的进气道,成为高效低污染柴油机设计的关键技术之一。为此,提出了一种系统的柴油机螺旋进气道数字化设计方法,结合稳态试验、数值分析与试验设计方法研究了不同结构参数对气道流通性能的影响,建立了结构参数与流通性能之间的相关关系式,揭示了流通性能与结构参数之间的关系。首先,通过系统分析螺旋气道几何结构以及气道敏感区域对气道流通性能的影响,确定了构建螺旋气道所需的关键结构参数,建立了螺旋气道参数化数学模型,开发了一款螺旋气道数字化建模软件。提出了一种以气缸盖结构为约束条件,涡流比为设计目标,再进行流量系数优化的螺旋气道数字化设计方法。针对一款卧式两缸柴油机螺旋气道的设计要求,采用螺旋气道数字化设计方法建立了螺旋气道数字化三维模型,进行了模型光顺性分析和流通性能分析。分析结果表明,基于数字化设计方法设计的螺旋气道满足光顺性要求和流通性能要求,螺旋气道数字化设计方法具有一定的可行性和通用性。其次,对气道螺旋段、定位和入口部分的八个关键结构参数进行正交试验分析,研究关键结构参数对气道流通性能的影响权重。在螺旋段的四个参数中,蜗壳外半径、螺旋室高度和螺旋终止角为主要影响因素,蜗壳内半径为次要影响因素；在气道定位和入口部分的四个参数中,气道入口高度、入口宽度和横向定位为主要影响因素,气道纵向定位为次要影响因素。正交分析完成后,选用四个最主要的影响因素：蜗壳外半径、螺旋室高度、入口高度和入口宽度,让这四个参数分别与喉口直径相除,实现无量纲化。研究这些参数与喉口直径的比值变化对流通性能的影响,并分析气道及缸内流场。研究结果表明,同时采用喉口直径与某一关键结构参数进行气道优化的效果比只采用一个参数进行优化的效果要好。最后,采用均匀试验设计方法,研究了蜗壳外半径、螺旋室高度、螺旋终止角、喉口直径与气道流通性能之间的关系。经回归分析得到了关键结构参数与涡流比、流量系数之间的相关关系式,利用得到的两个相关关系式对螺旋气道进行优化,经过优化,在不同气门升程下,气道的流通性能得到显著改善,最大气门升程下,涡流比从优化前的1.826提高到1.914,流量系数从0.602提高到0.634。分析结果表明,得到的两个相关关系式能够很好地对涡流比和流量系数进行预测和优化,可实现在满足某一最佳涡流比的前提下,流量系数最大化。
【关键词】：柴油机 螺旋进气道 数字化设计 正交设计 均匀设计
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK422
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-20
• 1.1 课题研究的目的和意义12-14
• 1.2 国内外研究动态及现状14-17
• 1.2.1 国外研究动态及现状14-16
• 1.2.2 国内研究动态及现状16-17
• 1.3 本课题研究的主要内容及技术路线17-20
• 第二章 螺旋进气道数字化设计20-42
• 2.1 螺旋进气道数字化设计思路20-21
• 2.2 螺旋进气道结构参数化的构建21-30
• 2.2.1 气缸盖结构对螺旋进气道结构设计的影响22-23
• 2.2.2 缸盖内气道位置的参数化构建23-24
• 2.2.3 螺旋进气道数学模型的研究24-26
• 2.2.4 气道本身几何结构的参数化构建26-30
• 2.3 数字化建模软件的开发30-36
• 2.3.1 开发流程30
• 2.3.2 开发工具30-31
• 2.3.3 启动菜单栏31-33
• 2.3.4 用户交互界面33-35
• 2.3.5 应用程序35-36
• 2.4 模型质量的检验36
• 2.5 数字化设计方法的案例验证36-39
• 2.5.1 设计对象36-37
• 2.5.2 螺旋进气道参数化模型的建立37
• 2.5.3 数字化建模软件的开发37-38
• 2.5.4 数字化模型质量的检验38-39
• 2.6 本章小结39-42
• 第三章 螺旋进气道不同关键结构参数对气道性能的影响42-66
• 3.1 螺旋气道稳态模拟计算与试验验证42-49
• 3.1.1 进气流动数值模拟理论42-45
• 3.1.2 仿真模型的建立与试验验证45-49
• 3.2 试验设计方法49-50
• 3.3 螺旋段关键结构参数对气道性能影响的正交试验分析50-58
• 3.3.1 试验方案设计50-52
• 3.3.2 流动特性分析52-55
• 3.3.3 螺旋段关键结构参数无量纲化对气道性能的影响55-58
• 3.4 气道定位和入口参数对气道性能影响的正交试验分析58-64
• 3.4.1 试验方案设计58
• 3.4.2 流动特性分析58-61
• 3.4.3 气道入口关键结构参数无量纲化对气道性能的影响61-64
• 3.5 本章小结64-66
• 第四章 柴油机螺旋进气道优化设计66-76
• 4.1 均匀试验设计66-69
• 4.2 计算结果分析69-72
• 4.2.1 数据处理方法69
• 4.2.2 回归分析的定义69-70
• 4.2.3 回归模型的确定70
• 4.2.4 回归分析70-72
• 4.3 螺旋进气道的优化72-75
• 4.3.1 涡流比的极值优化72
• 4.3.2 流量系数的极值优化72-73
• 4.3.3 涡流比与流量系数之间关系的优化73-74
• 4.3.4 气道及缸内流场分析74-75
• 4.4 本章小结75-76
• 第五章 全文总结与展望76-78
• 5.1 全文工作总结76-77
• 5.2 进一步工作展望77-78
• 致谢78-80
• 参考文献80-86
• 附录A 攻读硕士学位期间参与的项目及发表的论文86
• 附录1 参与项目86
• 附录2 论文发表86

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

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本文编号：673777