可变涡流进气系统对缸内流场影响的数值模拟研究

发布时间：2017-08-25 20:02

  本文关键词：可变涡流进气系统对缸内流场影响的数值模拟研究

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【摘要】：汽车保有量快速增长,引发了严重的环境污染和能源危机,迫切要求各国注重提高发动机的节能减排技术。进气系统作为发动机的重要组成部分,不仅能够为气缸提供足够的空气量,还能够根据进气道的形状为发动机提供所需要的涡流,以此来混合缸内的油气。气缸内良好的空气运动特性不仅可以提高发动机气缸内的火焰传播速率,同时对适应分层燃烧或稀燃也有重要作用。因此深入研究发动机的涡流进气系统和涡流阀片对发动机气缸内空气运动规律的影响,并依据发动机运行工况选择合理的阀片开度,对于改善气缸内油气燃烧过程和开发高性能、低污染的发动机具有重要的指导意义。发动机工况运行改变,对气缸内涡流强度的需求也发生变化,可变涡流进气系统可以根据汽车的行驶工况为发动机气缸提供连续变化的进气流量和涡流强度。本文以某四气门直喷进气道为研究对象,通过计算流体力学的研究方法对可变涡流进气系统进行研究。主要做了以下工作内容:确立进气系统的几何模型,并用CATIA建立进气道、气门和气缸的三维几何模型,采用常用的几种湍流模型对进气道进行仿真,为进气道数值模拟选取最优的湍流模型;对可变涡流阀片在进气道中的安装位置进行数值仿真,分析阀片分别安装在进气道总道和进气道分支道对发动机气缸内流场的影响,确定阀片在进气道中的安装位置;对涡流阀片高度进行数值模拟研究,为进气道选取最优的阀片高度;针对发动机不同运行工况下阀片开度进行数值模拟计算,分析阀片开度对气缸内质量流量和湍流强度的影响,研究了阀片开度对缸内气流影响规律,为可变涡流进气道设计提供依据。通过本文的研究,得出以下结论:(1)涡流阀片在进气道中位置对缸内气流有重要影响,阀片安装在支气道能使发动机缸内湍流强度提高20%;(2)阀片越高,进气道压力梯度越大,气体流动阻力增大,缸内压力降低、流速增大,湍流动能增加;(3)阀片开度影响进气道和缸内流场分布,开度增大,进气道中流通面积减小,阀片周边压力梯度增大,气体阻力增加,导致缸内压力降低、湍动能增大。阀片最大开度时缸内湍动能增加了49%,有利于提高燃烧质量,但缸内平均压力降低3KPa,这将会导致发动机缸内充气效率降低;(4)发动机转速越高、活塞下行速度快,缸内气流速度增大,压力降低湍流动能增大,高转速应该减小阀片开速,为气缸提供充足进气量,低转速应该增大阀片开度,增大缸内平均湍动能。
【关键词】：进气道 可变涡流 计算流体力学 发动机 涡流阀片
【学位授予单位】：重庆理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U464.134.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-19
• 1.1 论文研究目的和意义9-10
• 1.2 可变涡流进气技术的发展10-14
• 1.3 可变涡流进气系统研究现状14-16
• 1.3.1 国外研究现状14-15
• 1.3.2 国内研究现状15-16
• 1.4 本文研究方法和内容16-19
• 2 进气系统数值模拟研究的基本理论基础19-29
• 2.1 发动机进气过程基本控制方程19-21
• 2.1.1 质量守恒方程19
• 2.1.2 动量守恒方程19-20
• 2.1.3 能量守恒方程20-21
• 2.2 湍流模型21-23
• 2.2.1 直接模拟21-22
• 2.2.2 大涡模拟22
• 2.2.3 雷诺时均模拟22-23
• 2.3 壁面模型23-24
• 2.4 控制方程的离散及求解24-27
• 2.4.1 控制方程的离散24-25
• 2.4.2 控制方程的求解25-27
• 2.5 本章小结27-29
• 3 进气道模型的构建和边界条件的确定29-41
• 3.1 建立数学模型29-31
• 3.2 网格划分31-35
• 3.2.1 网格分类31-32
• 3.2.2 动网格模型32-33
• 3.2.3 进气系统网格划分33-35
• 3.3 边界和初始条件35
• 3.4 数学模型及计算方法35-39
• 3.5 本章小结39-41
• 4 进气涡流阀片安装位置及阀片高度分析41-55
• 4.1 涡流阀片模型的建立41
• 4.2 涡流阀片安装位置选取41-48
• 4.2.1 不同阀片位置对气道内某截面气体流量影响分析42-43
• 4.2.2 不同阀片位置对气缸压力场影响分析43-45
• 4.2.3 不同阀片安装位置对气缸内速度场影响分析45-47
• 4.2.4 不同阀片位置对气缸内湍动能影响分析47-48
• 4.3 涡流阀片高度分析48-53
• 4.3.1 不同阀片高度对缸内压力影响分析48-51
• 4.3.2 不同阀片高度对缸内湍动能影响分析51-53
• 4.4 本章小结53-55
• 5 可变涡流进气道数值分析55-61
• 5.1 阀片开度对缸内流场的影响55-58
• 5.1.1 阀片开度对缸内压力的影响55-56
• 5.1.2 阀片开度对缸内湍动能的影响56
• 5.1.3 气门全开时刻阀片开度对缸内流场的影响56-58
• 5.2 发动机转速对缸内流场的影响58-59
• 5.2.1 发动机转速对缸内压力的影响58-59
• 5.2.2 发动机转速对缸内湍动能的影响59
• 5.3 本章小结59-61
• 6 工作总结及展望61-63
• 6.1 工作总结61-62
• 6.2 展望62-63
• 致谢63-65
• 参考文献65-69
• 附录69

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