FSC方程式赛车进气系统的设计和优化

发布时间：2017-10-03 01:21

  本文关键词：FSC方程式赛车进气系统的设计和优化

  更多相关文章： FSC 进气系统 动态效应 稳压腔 限流阀 计算流体动力学 流场分析

【摘要】：根据FSC赛车的规则限制,各参赛院校的发动机的进气系统必须有一个直径不超过20mm的限流阀,而进气系统作为发动机的呼吸道,它的结构形状和参数直接影响了发动机的充气效率,进而影响发动机的动力性。因此,进气系统在发动机动力研发的过程中起到了关键性的作用。为了提高进气限流后发动机的充气效率,减小发动机的动力损失,本文针对参赛所用的CBR-600RR发动机进行了进气系统的的流场特性分析及结构优化。首先分析了影响发动机充气效率的因素及其改善措施,并研究了进气管中的能量损失及进气气流的波动效应和惯性效应。采用GT-Power一维流体仿真软件对发动机进行建模,分析了歧管长度和稳压腔容积对发动机性能的影响,确定了进气系统歧管长度为280mm,稳压腔容积为3L。然后确定进气布置形式,并建立进气系统三维模型,进气系统建模主要包含了限流阀前段、限流阀、限流阀后段、稳压腔及歧管。以计算流体动力学为理论基础,借助CFD软件Fluent先对进气系统的限流阀进行分析,确定其出口扩散锥角的最佳角度,最后对进气系统进行整体的流体分析,并对进气系统进行改进,为了平衡各气缸进气量在稳压腔中设置风杯,并通过优化风杯的高度来调节进气的平衡。本文通过一维的发动机工作循环的模拟确定了部分进气系统参数,再结合三维的CFD流体分析,对进气系统进行了设计和优化,最终结果表明提高了歧管出口的质量流量,增大了歧管出口气流的速度,并使得进气系统中气流流动更加稳定,减小了流动损失,达到了提高发动机充气效率的目的,改善了发动机的性能,可以为以后FSC赛车进气系统设计提供理论依据,具有一定的参考价值。
【关键词】：FSC 进气系统 动态效应 稳压腔 限流阀 计算流体动力学 流场分析
【学位授予单位】：辽宁工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U469.696;U464.134.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-14
• 1.1 FSAE赛事介绍及选题的背景10
• 1.2 国内外研究现状10-13
• 1.2.1 国外研究现状11-12
• 1.2.2 国内研究现状12-13
• 1.3 本课题研究的主要内容13-14
• 2 进气系统中流动特性分析及理论设计14-21
• 2.1 影响发动机充气效率的因素14-15
• 2.1.1 进气阻力14
• 2.1.2 进气终了时气缸内的温度14
• 2.1.3 排气终了时的压力14
• 2.1.4 压缩比14
• 2.1.5 配气相位14-15
• 2.2 提高充气效率的措施15
• 2.2.1 降低进、排气阻力15
• 2.2.2 避免对进气气流进行加热15
• 2.2.3 采用可变气门正时15
• 2.2.4 采用涡轮增压15
• 2.2.5 采用谐振进气和可变进气歧管15
• 2.3 进气管中的能量损失15-17
• 2.3.1 进气管中的沿程能量损失16
• 2.3.2 进气管路中局部能量损失分析16-17
• 2.4 进气系统中的气体动态效应17-19
• 2.4.1 进气系统中的惯性效应18
• 2.4.2 进气系统中的波动效应18-19
• 2.5 进气系统歧管长度的理论计算19-20
• 2.6 本章小结20-21
• 3 进气系统一维流体仿真21-36
• 3.1 一维非定常流体流动的计算模型21-23
• 3.1.1 质量守恒方程21-22
• 3.1.2 动量守恒方程22
• 3.1.3 能量守恒方程22-23
• 3.2 一维非定常流动的数值解法23-24
• 3.2.1 有限差分法23
• 3.2.2 特征线法23-24
• 3.2.3 有限体积法24
• 3.3 GT-Power软件介绍24-25
• 3.4 GT-Power操作界面25-26
• 3.5 发动机模型的建立26-30
• 3.5.1 进排气系统一维模型26-28
• 3.5.2 气缸、曲轴箱模型28-30
• 3.6 方案设计与分析对比30-35
• 3.6.1 方案的设计30
• 3.6.2 方案的分析与对比30-35
• 3.7 本章小结35-36
• 4 计算流体动力学理论及模型前处理36-50
• 4.1 流体力学控制方程36-38
• 4.1.1 质量守恒方程36-37
• 4.1.2 动量守恒方程37-38
• 4.1.3 能量守恒方程38
• 4.2 三维湍流模型的介绍38-42
• 4.2.1 三维湍流数值模拟方法38-41
• 4.2.2 控制方程的离散方法41-42
• 4.3 进气系统三维模型设计42-46
• 4.3.1 进气系统限制42-43
• 4.3.2 进气系统布置方案43-44
• 4.3.3 进气限流阀设计44-46
• 4.4 进气系统三维模型的建立及前处理46-47
• 4.5 边界条件的设置47-49
• 4.5.1 壁面边界条件48
• 4.5.2 进出口边界条件48-49
• 4.6 本章小结49-50
• 5 进气系统三维流场分析50-71
• 5.1 进气限流阀的分析50-57
• 5.1.1 限流阀 6°扩散锥角分析50-52
• 5.1.2 限流阀 7°扩散锥角分析52-53
• 5.1.3 限流阀 8°扩散锥角分析53-55
• 5.1.4 限流阀 9°扩散锥角分析55-57
• 5.1.5 进气限流阀对比分析57
• 5.2 进气系统流场特性分析57-64
• 5.2.1 进气系统内速度场分析58-60
• 5.2.2 进气系统压力场分析60-61
• 5.2.3 进气系统速度矢量场分析61-62
• 5.2.4 进气系统气流流线分析62
• 5.2.5 四缸同时开启时的气流流动情况62-64
• 5.3 改进措施64-66
• 5.4 改进后的进气系统流体分析66-70
• 5.4.1 单个歧管开启时的流动情况66-68
• 5.4.2 四个歧管同时开启时的流动情况68-70
• 5.5 模型的加工制作与应用70
• 5.6 本章小结70-71
• 6 结论71-72
• 参考文献72-74
• 攻读硕士期间发表学术论文情况74-75
• 致谢75

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