大学生方程式赛车汽油机进气系统仿真研究

发布时间：2020-06-13 16:36

【摘要】：长沙理工大学方程式赛车队(CRT)已逐年参加了几届FSAE赛事,寻求新的突破已成为如今的研究重点。因为比赛中加速类的项目占总分的比重高于燃油经济性项目,故提升赛车的动力性对车队提高比赛成绩意义重大。赛车的动力性在很大程度上受到动力总成中的发动机影响,而发动机的动力性指标包括功率和转矩,这些参数无不和发动机的进气系统布置形式和结构尺寸息息相关。FSAE大赛亦规定用进气限制器来连接节气门和气缸从而实现限制发动机功率,导致原发动机的进气系统额定功率与额定功率不匹配,因此对进气系统展开仿真研究的重要性不言而喻。本文主要针对CBR600RR这款FSAE赛车汽油机的进气系统进行多维仿真研究。首先在充分研究国内外相关文献的基础上,介绍了发动机进气流动仿真研究的现状,研究了进气系统的动态效应。再结合发动机的实际情况,根据进气系统的动态效应,提出了进气歧管及谐振腔的合理匹配方案。然后在专业发动机仿真软件GT-Power中建立了CBR600RR发动机一维模型,将其与台架试验完成了基本的验证后,再分析了不同进气歧管几何尺寸和谐振腔体积变化对发动机功率、扭矩以及充气效率的影响变化规律。在一维仿真软件得到的数据基础上,再通过UG软件建立了包括空气滤清器、进气限制器、节气门、谐振腔、进气歧管的进气系统三维模型。随后将其导入至计算流体动力学软件ANSYS的Fluent模块,对进气限制器的扩散器锥角进行计算分析,对比不同结构尺寸下的速度场、压强场以及流量等参数的差异性。本文分别结合了发动机工作过程循环一维仿真和三维CFD流场分析,从理论上研究进气系统的结构参数对进气性能的影响,有助于体现进气系统内部流体流动效果。最终确定了限流阀的几何尺寸,将进气歧管长度增加到300mm,将谐振腔体积扩大到3L,出口总流量达到了 0.135kg/s,使得进气效果较之前提升了 12.5%,从而提升了发动机的动力性,为FSAE赛车发动机进气系统设计提供了理论支撑。
【图文】：

逦、逡逑＼邋NB进气疏波逡逑图２．１本循环进气动态效应示意图逡逑根据前面的讨论可以判断，如果本循环脉动效应可以被合理的运用，则当两个进气逡逑循环的时间间隔为Ａｆ＝邋ＡＧ／２时，进气期间仅振动一次达到最优简谐运动。故而进气歧逡逑管长度：逡逑Ｌ邋＝逦（２．１５）逡逑２４ｎ逡逑进气门打开时，进气管道联通气缸，成为一开口系统，此时应以进气管尺寸等效为逡逑Ａｉ来优化进气歧管尺寸：逡逑Ａｉ邋＝逦（２．１６）逡逑式中，Ｆａ为气缸容积，ｍＬ；邋ｄ为进气歧管截面积，ｍｍ２。逡逑故邋Ｌ＝ＡＬ＋Ｌ＇逦（２．１７）逡逑②上循环压力波的动态效应：逡逑该效应的概念是指上次循环的压力波在本次循环进气时仍未消失，影响本循环进气逡逑过程。引起气门口处压缩波的原因主要是进气管中运动的新进空气由于进气门闭合导致逡逑急停而受到压缩，压缩波的传播速度为Ｏ－ｍ）。反射波的形成是因为入射波到达进气管逡逑入口端发生反射，在边界条件（开口、管外压力不变）的影响下，反射波属于膨胀波，逡逑１２逡逑

Ａ＇逦Ａｃ逡逑图２．邋４截面突变示意图逡逑２．４进气系统部件及对充气效率的影响分析逡逑ＦＳＡＥ赛车汽油机的性能指标与进气系统的设计密切相关。其中进气系统如何布置逡逑以及各结构尺寸如何确定关系到整车在比赛中的性能发挥。如图２．５所示ＦＳＡＥ赛车发逡逑动机的进气系统（图中红框部分）往往布置在车手座椅后方，进气系统开口方向为迎风逡逑向以获得更多的进气充量。逡逑＂１邋（逦邋逦邋１邋＾邋逦逡逑＾１邋ＩＢＳ？邋ｆ１逡逑，，逦Ｃ邋Ｃ邋Ａ７逦Ｉ逡逑Ｊ邋邋｜邋１邋ｇｇｏｏ．逦逦逦１邋Ｌ逡逑图２．邋５发动机进气系统布置方案图逡逑１７逡逑
【学位授予单位】：长沙理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U469.696

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本文编号：2711450