二冲程汽油机簧片阀运动特性的研究

发布时间：2017-09-11 20:05

  本文关键词：二冲程汽油机簧片阀运动特性的研究

  更多相关文章： 二冲程发动机 簧片阀 共振 三维双向流固耦合仿真 一维仿真 开启特性

【摘要】：簧片阀是控制曲轴箱进气量的重要部件,直接影响二冲程发动机动力性能输出,影响发动机速度特性。在发动机工作过程中,簧片阀需要频繁的完成开闭过程,高频率的运动使得簧片阀有可能在某一转速下发生共振,共振时簧片会以较大的冲击力撞击限位板,长时间工作后簧片会面临折断的风险,因此需要考察簧片振动的固有频率,避免簧片阀在发动机设计工况下发生共振。簧片阀的开闭过程完全由前后的气体压差控制,当曲轴箱中的压力发生变化时会改变簧片阀的开度,而簧片阀开度改变后又会影响到气体流通,从而改变曲轴箱中气体压力,因此,簧片阀的运动过程是典型的双向流固耦合过程。相对于簧片阀壳内空间而言,簧片的变形程度较大(最大可达十几个毫米),要实现模拟小空间内大变形的双向流固耦合过程十分困难,若是能建立簧片阀三维流固耦合仿真模型,将为今后对簧片阀的精确设计和改善发动机性能带来极大的帮助。本文基于顺序耦合原理在Ansys Workbench14.0平台中建立簧片阀流固耦合仿真模型,以Fluent软件和Transient Structure模块分别作为流体域和固体域的求解器,System Coupling模块作为流固之间数据交换平台,这种耦合计算方式迭代过程清晰,耦合计算容易收敛。通过大量试错的过程得到了保证流场边界发生大尺寸变形时计算不会出错的一套动网格参数,实现了簧片阀三维双向流固耦合仿真计算。在相同稳态边界条件下,流固耦合模型计算得到的簧片阀稳定升程和流量与经由发动机性能试验数据验证的一维仿真模型计算结果基本一致,间接证明了建立的流固耦合模型基本正确。利用簧片阀流固耦合模型分别计算稳态边界条件和瞬态边界条件下的簧片阀开启过程,分析簧片阀开启过程中的动态特性,总结运动规律,为簧片阀的优化设计、发动机性能改善打下基础。
【关键词】：二冲程发动机 簧片阀 共振 三维双向流固耦合仿真 一维仿真 开启特性
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK413
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 注释表10-11
• 缩略词11-12
• 第一章 绪论12-20
• 1.1 研究背景及意义12-14
• 1.1.1 研究背景12-13
• 1.1.2 研究意义13-14
• 1.2 国内外对二冲程发动机簧片阀的研究现状14-17
• 1.2.1 簧片阀实验测量与理论分析研究现状14-15
• 1.2.2 簧片阀仿真研究现状15-17
• 1.3 本课题的主要研究内容17-19
• 1.3.1 对簧片阀运动研究所采用的方法17-18
• 1.3.2 本课题的主要内容概述18-19
• 1.4 本章小结19-20
• 第二章 簧片阀运动过程的数学分析20-30
• 2.1 簧片阀简介20-24
• 2.1.1 气阀的分类20
• 2.1.2 簧片阀的基本结构20-22
• 2.1.3 簧片阀的运动形式22-23
• 2.1.4 二冲程发动机簧片阀工作原理简介23-24
• 2.2 簧片阀运动过程数学模型24-29
• 2.2.1 簧片阀内气体流动微分方程24-26
• 2.2.2 簧片阀振动特性26-29
• 2.3 本章小结29-30
• 第三章 簧片阀三维流固耦合模型的建立30-44
• 3.1 流固耦合理论简介30
• 3.2 流固耦合问题的数值模拟研究30-31
• 3.3 Ansys Workbench软件介绍31
• 3.4 簧片阀三维双向流固耦合仿真原理31-32
• 3.5 Ansys Workbench中仿真模型的建立32-43
• 3.5.1 几何模型的建立33-34
• 3.5.2 流体域设置34-41
• 3.5.3 固体域设置41-42
• 3.5.4 System Coupling模块设置42-43
• 3.6 本章小结43-44
• 第四章 簧片阀三维流固耦合模型的验证44-67
• 4.1 簧片阀流固耦合模型的验证方法44
• 4.2 GT-power软件介绍44-45
• 4.3 簧片阀“弹簧-质量块”模型的建立45-50
• 4.3.1“弹簧-质量块”模型理论介绍45-46
• 4.3.2 GT-power中簧片阀模型46-50
• 4.4 簧片阀“弹簧-质量块”模型的验证50-62
• 4.4.1 发动机整机仿真模型的建立50-59
• 4.4.2 发动机整机模型及簧片阀“弹簧-质量块”模型的验证59-62
• 4.5 簧片阀流固耦合模型的验证62-66
• 4.6 本章小结66-67
• 第五章 簧片阀开启过程运动特性的流固耦合仿真分析67-79
• 5.1 簧片阀稳态边界条件下开启过程的流固耦合分析67-72
• 5.1.1 簧片阀开启过程中升程波动规律67-70
• 5.1.2 簧片阀开启过程中同一时刻各个簧片升程的差异70-72
• 5.2 簧片阀瞬态边界条件下开启过程的流固耦合分析72-78
• 5.2.1 Fluent中UDF功能简介72-73
• 5.2.2 瞬态边界条件下簧片阀开启过程运动规律分析73-76
• 5.2.3 簧片阀瞬态边界模型的应用说明76-78
• 5.3 本章小结78-79
• 第六章 总结与展望79-80
• 6.1 全文总结79
• 6.2 工作展望79-80
• 参考文献80-83
• 致谢83-84
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文84-85
• 附录85

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本文编号：832784