增压柴油机排气流固换热的稳态与瞬态模拟对比分析

发布时间：2017-12-03 12:04

  本文关键词：增压柴油机排气流固换热的稳态与瞬态模拟对比分析

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【摘要】：排气管作为增压发动机排气系统的关键零部件,其流通性能优劣不但影响着发动机换气过程,还对涡轮增压器工作可靠性及效率有较大的影响。目前的发动机由于工作指标不断强化,排气温度较以往已提高不少,管壁材料与结构在高温工作环境下的可靠性问题日益突出,因此在产品开发设计评估阶段进行排气流固换热模拟是非常必要的。就模拟形式而言,有瞬态与稳态之分,如何将瞬态流动的时均化参数求解问题转化为稳态形式求解是为高效工程计算的要义之一。流体的速度与温度一定程度上是流动状态的宏观体现,模拟结果的可靠性取决于求解域的离散分布与离散方程能准确反应流动的特点,模拟的优化在于恰当地削弱方程的非线性与耦合性求解难度。综合相关文献中对于排气建模方式的描述不难发现,其中的根本问题是对求解域离散布置、状态假设、模型取用、方程求解等未依据流动边界与特征作相应判断,难点是确立以上各项要素时所需的准则与彼此依存关系,归根结底是需明晰流体力学理论与计算软件的适定性,否则由瞬态或稳态模拟所得的数值解都可能与实际流动的解析解之间存在更大的误差甚至错误,继而关于计算结果的置信与优化讨论亦失实。本文针对某排气管有限元分析项目中提出的计算可靠性问题,对某增压柴油机额定工况的排气流固换热进行了多种以瞬态与稳态作为根本区分的建模。一方面,着手分析了常见模拟中为简化计算而忽略各项要素之间的响应特点所进行的建模对计算结果造成的影响；另一方面从流体力学理论与计算软件的适定性方面入手,逐步分析了各项要素之于模拟求解的非线性与耦合性机理,在此过程中形成了系统性的建模与简化建模策略,并以试验所得管壁的温度测量数据对模拟进行了验证。结果表明：排气流固换热瞬态模拟出于计算高耗需所限,为实现其可行性及体现排气压缩性,结果受模型、网格及时间步长的影响大,常见高雷诺数标准壁面函数建模,容易导致失真的或高出实际较多的模拟结果：当各支歧管壁面曲线布置需要进行改型设计时,其亦不能完全表现新曲线于流动的影响；在尊重各项要素之间响应关联的前提下,线性拟合可压排气幂次物性参数及匹配低雷诺数分离求解可体现排气状态,其计算效率及准确性更具有实际意义。稳态模拟要达到工程要求的准确性,关键在于依据流动边界与特征对各项要素进行响应建模。
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U464.172

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本文编号：1248609