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发动机进气道数值模拟与优化设计

作　者: 徐鹏
导　师: 关世玺
学　校: 中北大学
专　业: 动力工程
关键词: 汽车发动机 进气道 CFD 三维数值模拟 优化设计
分类号: TK403
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
下　载: 7次
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内容摘要


进气道在发动机中扮演着重要的角色，内燃机缸内空气充量大小及形成涡流的强弱直接与其结构相关，所以其结构影响着气缸内燃油的燃烧状况，进而关系到发动机的动力性、经济性及排放性能。经验设计与稳流试验相结合的传统方法已经满足不了人们要求。而且传统方法研制周期较长、成本高，并且很难得到理想方案。采用数值模拟的方法来研究进气道进气状况可以直观明了的得出进气过程进气道及缸内的流动特性，为进气道性能分析、评价和优化设计提供方法和依据。本文利用CAD软件对进气道进行三维实体建模，使用气道稳流试验数据设置数值模拟计算的边界条件，借助软件AVL Fire对5个不同气门升程下进气道的流动特性进行分析研究，揭示某发动机进气道及缸内的流动特性，得出各升程下气体流动的流线图、湍动能、速度等值线图及流量系数和涡流比。通过对进气流动流场各个参数图的分析研究，找出了气道中不合理的部位，并且提出了相应的气道优化措施，再次进行了数值模拟计算。结果表明，优化设计后的进气道结构进气流量系数得到明显提高，进气流动状态也得到了很好的改善。本文将流场分析结果直接应用于指导发动机的进气气道改进中，达到周期性短、降低开发成本的效果，合乎内燃机飞速发展的现状，极具现实意义。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-10
1 绪论  10-16
  1.1 前言  10-11
  1.2 国内外的发展历程与研究现状  11-15
    1.2.1 CFD 辅助发动机工程的研究历程  12
    1.2.2 国外进气道气体流动数值模拟的研究现状  12-13
    1.2.3 国内进气道气体流动数值模拟的研究现状  13-15
  1.3 课题研究的意义，目的及主要内容  15-16
2 发动机进气道数学模型的建立  16-28
  2.1 简介  16
  2.2 流体动力学控制方程  16-19
    2.2.1 质量守恒方程  16-17
    2.2.2 动量守恒方程  17-18
    2.2.3 能量守恒方程  18-19
  2.3 控制方程的离散化  19-21
  2.4 离散方程的求解方法  21-25
  2.5 边界条件及湍流模型  25-27
    2.5.1 边界条件  25-26
    2.5.2 湍流模型  26-27
  2.6 本章小结  27-28
3 内流系统的几何建模  28-36
  3.1 几何建模技术  28-30
    3.1.1 交互式建模  28
    3.1.2 参数化建模  28-30
  3.2 内流系统的几何模型的建立  30-35
    3.2.1 气道的几何建模  30-33
    3.2.2 进气道-缸内系统的几何建模  33-35
  3.3 本章小结  35-36
4 网格自动生成技术  36-48
  4.1 引言  36-37
  4.2 网格自动生成的技术基础  37-40
    4.2.1 网格划分的一般要求及其划分方法的分类  37-38
    4.2.2 结构化网格与非结构化网格  38-39
    4.2.3 分块结构化网格生成技术  39-40
  4.3 单域贴体网格的自动生成  40-44
    4.3.1 网格生成方程  40-42
    4.3.2 网格生成方程求解  42-44
  4.4 分块贴体网格的整体集成  44-46
    4.4.1 节点编号规则  44
    4.4.2 整体集成技术  44-46
  4.5 网格自动生成流程  46-47
  4.6 本章小结  47-48
5 发动机进气道的 CFD 数值模拟  48-59
  5.1 AVL Fire 简介  48-49
  5.2 计算模型的建立与网格的划分  49-51
  5.3 求解器的设置  51-56
  5.4 AVL 气道评价标准  56-57
  5.5 计算成本  57-58
  5.6 本章小结  58-59
6 发动机进气道数值模拟结果与优化设计  59-72
  6.1 Fire 数值模拟结果  59-60
  6.2 不同气门升程气道流场分析  60-67
    6.2.1 轨线图  60-61
    6.2.2 压力云图和湍动能图  61-64
    6.2.3 局部云图的分析  64-67
  6.3 进气道的优化及优化结果  67-71
    6.3.1 对气门处的优化设计  67-69
    6.3.2 对螺旋气道处的优化设计  69-71
  6.4 本章小结  71-72
7 总结与展望  72-73
  7.1 全文总结  72
  7.2 工作展望  72-73
参考文献  73-77
攻读硕士学位期间发表的论文  77-78
致谢  78-79

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中图分类: > 工业技术 > 能源与动力工程 > 内燃机 > 一般性问题 > 构造
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