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柴油机螺旋进气道设计与研究

作　者: 黄志平
导　师: 申立中
学　校: 昆明理工大学
专　业: 动力机械及工程
关键词: 柴油机螺旋进气道偏心率正向设计逆向设计气道稳流模拟计算
分类号: TK422
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

柴油机工作过程及整机性能的好坏与供油系统和喷油情况、进气系统和气流组织以及燃烧室形状三者(简称油、气、室)之间的匹配情况有着因果关系。对于中小型高速直喷式柴油机,因其需要较强的进气涡流、压缩挤流和燃烧紊流,其进气道一般做成螺旋的或切向的形状。螺旋进气道由于相对于切向气道涡流强度更大、容积效率小被广泛应用于单缸柴油机中。因此对螺旋进气道的结构参数和布置位置的研究显得尤为重要。本文通过对比目前广泛应用于螺旋进气道设计的正向设计和逆向设计方法,对柴油机螺旋进气道的造型设计进行研究。基于表达式参数方程的正向设计方法,可以快速、准确的完成新型螺旋进气道的研制。而通过逆向软件Imageware的进气道逆向设计方法可以精确的对已有螺旋进气道反求。为了深入了解螺旋进气道结构参数对其涡流比和流量系数的影响,并设计出满足单缸柴油机设计要求的螺旋进气道。本文通过三维建模软件UG设计了具有不同入口形状、入口高度、螺旋段高度和螺旋段夹角的11种螺旋进气道方案。对不同设计方案的螺旋进气道的气道稳流模拟试验表明：在螺旋进气道的设计中涡流比与流量系数总体呈现此消彼长的趋势；在涡流比一定的条件下,螺旋进气道形状设计的好坏对流量系数起着至关重要的作用。由于进气门偏心率(气缸中沿径向的位置)影响气缸内气流的均匀性、同向性和流速以及气门盘区域的回流,所以螺旋进气道的布置位置同样十分重要。对进气门偏心率的计算显示：在0.2～0.33的偏心率范围内,流量系数较大,处于最佳区域；选择偏心率为0.33～0.41时,可以取得一个相对较大的涡流比值。最后通过FIRE对进气过程进行瞬态模拟计算并揭示了缸内涡流、滚流等气流在缸内的形状、大小和数目随曲轴转角的变化关系。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-15
  1.1 课题背景及意义  8-9
  1.2 国内外研究动态  9-13
    1.2.1 国外研究动态  9-11
    1.2.2 国内研究动态  11-13
  1.3 本课题研究的主要内容  13-15
第二章螺旋进气道正逆向设计  15-27
  2.1 引言  15-16
  2.2 柴油机螺旋进气道的正向设计  16-19
  2.3 柴油机螺旋进气道的逆向设计  19-26
    2.3.1 气道点云三维数据采集  20
    2.3.2 气道点云空间点处理过程  20-21
    2.3.3 空间曲线处理过程  21-23
    2.3.4 自由曲面处理过程  23-24
    2.3.5 曲面评估与分析  24-26
  2.4 本章小结  26-27
第三章气道稳流模拟计算  27-52
  3.1 引言  27
  3.2 气道性能评价方法  27-29
  3.3 计算网格划分  29-30
  3.4 求解器设置  30-34
    3.4.1 边界条件  30-32
    3.4.2 控制方程的离散  32
    3.4.3 流场数值计算方法  32-33
    3.4.4 FIRE求解器参数设置  33-34
  3.5 气道稳态模拟计算结果分析  34-45
    3.5.1 计算结果分析  34-37
    3.5.2 空间流线分布  37-45
  3.6 进气门偏心率计算  45-50
  3.7 本章小结  50-52
第四章进气过程瞬态模拟计算  52-66
  4.1 引言  52-53
  4.2 湍流模型  53-54
  4.3 动网格划分  54-58
  4.4 计算初始条件设定  58-61
  4.5 结果分析  61-65
  4.6 本章小结  65-66
第五章全文总结与展望  66-69
  5.1 全文工作总结  66-67
  5.2 进一步工作展望  67-69
致谢  69-70
参考文献  70-74
附录A 攻读硕士学位期间参与项目及发表论文  74

柴油机螺旋进气道设计与研究

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