液压自由活塞发动机回流扫气系统的设计与优化

发布时间：2017-10-08 10:34

  本文关键词：液压自由活塞发动机回流扫气系统的设计与优化

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【摘要】：液压自由活塞发动机具备整体构造简单、零部件少以及压缩比可变的优点，国内外都有专家和学者开展液压自由活塞发动机的研究，回流扫气二冲程发动机由于不需要气门驱动机构，因此是发动机动力的首选。回流扫气二冲程发动机的换气效率对发动机做功性能影响很大，其换气过程的好坏以及扫气过程的充分与否直接影响发动机的性能和最大输出功率。本论文通过仿真模拟的手段针对换气系统的流场进行了数值分析和改进设计。其中包括自由活塞发动机一维运动规律的仿真分析、三维仿真计算中动网格的生成与处理和换气系统流场、可燃气体浓度场以及温度场的仿真结果分析。本论文提出了五种改进方案，通过综合性的对比分析各个不同方案换气系统的性能，确定了扫气效率最优方案。本论文的重点内容有： （1）对于整个缸体以及缸体内部气体的计算域应用三维建模软件CATIA建模，并且根据其参数化建模功能设计出包括初始方案在内的六种不同的扫气模型。 （2）利用一维仿真建模软件AMEsim以及液压仿真模型的计算方程，得出自由活塞发动机的位移-时间曲线，并将时间轴转换成等效的曲轴转角。确定换气过程相对应的曲轴转角。 （3）在整个换气过程相对应的等效曲轴转角范围内，，应用动网格技术模拟活塞的运动，最后利用三维仿真软件fire对已经设计好的六种不同方案进行仿真计算，通过综合对比分析混合气体流场、可燃气体浓度场以及温度场，确定扫气效率最高的设计方案。 本论文在前期的理论基础上，着重通过模拟手段完成对液压自由活塞发动机缸体换气系统的仿真计算，意在设计出合理高效的回流扫气系统，为缸体的实际加工铸造提供必要的理论支持。
【关键词】：液压自由活塞 二冲程 回流扫气 动网格 仿真模拟
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK403
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-21
• 1.1 液压自由活塞发动机的简单概述11
• 1.2 液压自由活塞发动机的国内外研究现状11-17
• 1.2.1 国外的研究现状11-15
• 1.2.2 国内的研究现状15-17
• 1.3 HFPE 回流扫气系统的研究意义及主要内容17-18
• 1.3.1 回流扫气系统的设计对发动机工作效率的影响17
• 1.3.2 课题研究的主要内容17-18
• 1.4 液压自由活塞发动机的未来发展前景18
• 1.5 本章小结18-21
• 第2章 液压自由活塞发动机的理论知识21-37
• 2.1 HFPE 类型介绍及各自的工作原理21-23
• 2.2 HFPE 基本组成系统23-26
• 2.2.1 动力室燃烧系统23-24
• 2.2.2 液压回路系统24-25
• 2.2.3 电子控制系统25-26
• 2.3 二冲程发动机换气系统的类型及各自的优缺点26-30
• 2.3.1 横流扫气系统27
• 2.3.2 回流扫气系统27-28
• 2.3.3 直流扫气系统28-30
• 2.4 二冲程发动机换气过程特点以及换气质量评价参数30-33
• 2.4.1 二冲程发动机对比四冲程发动机的异同31-32
• 2.4.2 二冲程发动机换气过程的评价32-33
• 2.5 HFPE 的优势及所需要解决的技术难题33-36
• 2.5.1 液压自由活塞发动机的优势33-35
• 2.5.2 需要解决的技术难题35-36
• 2.6 本章小结36-37
• 第3章 换气系统建模和一维运动规律37-69
• 3.1 建模软件 CATIA 的介绍37
• 3.2 AMESim 介绍37-38
• 3.3 AMESim 仿真计算所依据的基本假设和方程38-40
• 3.3.1 液压模型仿真计算所依据的基本假设38
• 3.3.2 液压模型仿真计算所依据的基本方程38-40
• 3.4 HFPE 一维运动规律的仿真分析结果40-43
• 3.5 仿真软件 Fire 的介绍43-44
• 3.6 换气系统三维流场仿真分析计算的依据方程44-50
• 3.6.1 扫气系统仿真分析的总体计算流程44-45
• 3.6.2 三维仿真分析的控制方程45-47
• 3.6.3 常用的湍流模型简介47-50
• 3.7 HFPE 回流扫气系统模型的建立和网格划分50-56
• 3.7.1 HFPE 缸体的物理模型50-53
• 3.7.2 HFPE 扫气系统网格模型的划分53-56
• 3.8 初始条件和边界条件的确定56-57
• 3.9 HFPE 换气系统扫气道的多方案模型57-67
• 3.9.1 HFPE 扫气系统的原始设计模型57-59
• 3.9.2 HFPE 扫气系统的改进模型一59-61
• 3.9.3 HFPE 扫气系统的改进模型二61-62
• 3.9.4 HFPE 扫气系统的改进模型三62-64
• 3.9.5 HFPE 扫气系统的改进模型四64-65
• 3.9.6 HFPE 扫气系统的改进模型五65-67
• 3.10 本章小结67-69
• 第4章 HFPE 扫气系统仿真分析与优化69-93
• 4.1 动网格的设置与预览69-70
• 4.2 多方案模型可燃混合气体的浓度场分析70-74
• 4.2.1 X=0 切面的 O2和废气质量分数以及温度的评估71-73
• 4.2.2 Y=0，Z=0 切面的结果分析73-74
• 4.3 活塞不同时刻位置的湍流速度等值线云图74-77
• 4.3.1 初始模型74-75
• 4.3.2 改进方案一75
• 4.3.3 改进方案二75-76
• 4.3.4 改进方案三76
• 4.3.5 改进方案四76
• 4.3.6 改进方案五76-77
• 4.4 多方案换气模型的湍动能与耗散率77-82
• 4.4.1 缸内与扫气道的湍动能分析77-80
• 4.4.2 缸内与扫气道的耗散率分析80-82
• 4.5 排气口关闭时刻的缸内的压力云图82-84
• 4.6 缸内质量流量分析以及影响因素84-86
• 4.7 各方案过量扫气系数与扫气效率的对比86-89
• 4.7.1 过量扫气系数的对比分析86-87
• 4.7.2 扫气效率的对比分析87-89
• 4.8 各不同方案在活塞不同位置时刻的温度场89-91
• 4.8.1 下止点时刻的缸内温度89-90
• 4.8.2 排气口关闭时刻的缸内温度90-91
• 4.9 换气系统多方案的综合对比以及最优方案的确定91-92
• 4.10 本章小结92-93
• 第5章 总结与展望93-95
• 5.1 全文总结93
• 5.2 课题展望93-95
• 参考文献95-100
• 致谢100

【参考文献】

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本文编号：993534