三角转子气动机工作过程的数值模拟研究

发布时间：2017-11-18 11:26

  本文关键词：三角转子气动机工作过程的数值模拟研究

  更多相关文章： 三角转子气动机 动网格 配气相位 工作室形状 动力性 经济性 数值模拟

【摘要】：现今社会保护环境、节约能源的全民意识在不断上升,汽车尾气排放的标准也日益严苛,使整个社会对超低排放发动机的需求不断提升。气动发动机是将压缩空气的压力能转化为旋转机构的机械能,具有排放无污染、能源来源广以及制造成本低等多个优势,具有很好的市场应用前景。三角转子气动机作为气动发动机的一种,具有质量轻、体积小、运行平稳、噪音小、高速性能好等往复气动机无法比拟的优点,使之在某些指定领域具有重要意义。因此,开展对转子气动机的研究就十分有意义。本文以FLUENT软件为平台,结合自定义的多个UDF模块实现转子和进排气口控制阀的动网格运动,实现了整个转子气动机的动态模拟,分析了配气相位、进气道方向、发动机结构对转子气动机性能的影响。相关结果为三角转子气动机工作性能的改善提供了初步的理论指导。本文的主要工作和创新点如下:(1)对现有转子发动机进行改造,通过利用FLUENT软件的二次开发功能所编译的多个UDF程序,实现了转子和进排气阀转动的动网格运动。在此基础上,选择了合理的湍流模型和边界条件,建立转子气动机的二维动态模拟模型,并将模拟结果与实验结果进行对比,验证了模型的可行性。(2)通过数值模拟获得了不同配气相位时缸内流场的变化情况,并分析了进气提前角、进气持续角、排气提前角和排气持续角对转子气动机的动力性和经济性的影响。结果表明:功率随进气提前角呈先增大后减小趋势,而耗气率随着进气提前角的增大而降低;功率随进气持续角呈增大趋势,耗气率也随着进气持续角的增大而增大;功率随排气提前角的滞后呈降低趋势,而耗气率随着排气提前角的滞后而增大;功率随排气持续角的增大而上升,而耗气率随着排气持续角的增大呈先减小再升高趋势。(3)基于正交法的极差分析对配气相位进行了优化。结果表明,在针对转子气动机的动力性研究中,配气相位四因素的影响程度从大到小依次是:进气持续角、排气提前角、进气提前角和排气持续角。对于其经济性,配气相位角的影响程度依次是:排气提前角、进气持续角、排气持续角和进气提前角。对于有效功率,最佳的配气相位角:进气提前角30o、进气持续角270o、排气提前角15o、排气持续角280o。对于耗气率,最佳的配气相位角:进气提前角45o、进气持续角210°、排气提前角15°、排气持续角260°。(4)基于优化的配气相位,设计了不同的工作室形状进行工作过程模拟,获得了流场的结构以及压力场分布的变化情况,并得出了工作室形状对动力性和经济性的影响。结果表明,工作室内部的凹坑对缸内流场分布影响较小,而凹坑的出现使耗气率增大;斜入式转子气动机促进了后部涡流的形成,继而前部涡流受挤压使涡流强度有所提高,动力性得到增强。进排气方向为直入或者斜入的时,无凹坑的转子气动机的耗气率变化不大,而有凹坑的转子气动机的耗气率变化较大。计算条件下,进气方向为斜入式,工作室内部无凹坑时,三角转子气动机的性能最好。
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U464.178

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本文编号：1199636