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增压柴油机双进气道流动特性的三维数值模拟研究

作　者: 侯元静
导　师: 徐宇工
学　校: 北京交通大学
专　业: 动力机械及工程
关键词: 增压柴油机进气道瞬态模拟组合形式结构参数流动特性
分类号: TK421
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 91次
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内容摘要

气缸内的气体流动是实现高效低污染柴油机的关键之一。而柴油机缸内气流的流动状况很大程度上受到进气道的影响,因此对进气道流动特性的研究具有很重要的意义。本文对双进气道增压柴油机的进气过程进行了三维瞬态数值模拟,来研究双进气道的瞬态流动性能。本文首先应用AVL FIRE软件对柴油机的螺旋切向组合进气道进行了稳态模拟研究,入口压力设置与试验条件一样,计算了不同气门升程的进气道的流动情况,将仿真计算结果与试验结果进行比较分析,结果表明仿真计算与试验具有一致性,为进一步研究进气道对柴油机进气过程的影响,进行增压柴油机进气过程瞬态数值模拟奠定理论基础。对切向螺旋组合进气道的增压柴油机进行了进气过程瞬态数值模拟,分析了随曲轴转角变化的下进气道对气体流动的影响。通过不同曲轴转角下的柴油机三维场分布云图,从微观上研究了瞬态进气过程流动变化历程。本文选取了涡流比、滚流比,平均湍动能、湍流耗散率,缸内平均速度和进气流量等随曲轴转角变化的瞬态缸内平均量定量从宏观上研究了进气道对增压柴油机进气过程的流动变化的影响。其次,从组合形式方面研究了双螺旋组合进气道、双切向组合进气道对增压柴油机进气过程的影响,并对几种组合形式的进气道性能进行了比较分析,研究结果表明气道的组合形式对涡流和进气能力影响都较大。最后,从进气道主要结构方面,选取了螺旋室高度、气门凸台高度、气道倾斜角和气道夹角等四个关键参数,分别研究它们对增压柴油机进气过程气体流动的影响,以此来评价其进气道的性能,研究结果表明结构参数在一定范围内对涡流影响较大,但对缸内进气能力影响较微弱。

全文目录

致谢  5-6
中文摘要  6-7
ABSTRACT  7-11
1 绪论  11-21
  1.1 课题的研究背景及意义  11-12
  1.2 柴油机进气道三维仿真的国内外研究现状  12-17
    1.2.1 柴油机进气道三维仿真的国外研究现状  14-15
    1.2.2 柴油机进气道三维仿真的国内研究现状  15-17
  1.3 柴油机进气道流动特性的研究方法  17-18
  1.4 论文的主要研究工作  18-21
2 柴油机进气道气体流动三维仿真的数学模型  21-29
  2.1 柴油机进气过程的基本控制方程  21-23
    2.1.1 质量守恒方程  21-22
    2.1.2 动量守恒方程  22
    2.1.3 能量守恒方程  22-23
  2.2 湍流模型  23-25
  2.3 壁面模型  25-27
    2.3.1 标准壁面函数法  25-26
    2.3.2 双区壁面函数法  26
    2.3.3 复合壁函数法  26-27
  2.4 控制方程的离散及求解  27-28
  2.5 本章小结  28-29
3 柴油机双进气道流动特性的三维稳态数值模拟研究  29-41
  3.1 基于稳态法的柴油机进气道流动特性评价方法  29-32
  3.2 稳态模拟的柴油机进气道仿真模型建立  32-34
    3.2.1 柴油机进气道几何模型建立及网格划分  32-34
    3.2.2 数值算法及边界条件  34
  3.3 仿真计算与试验结果的对比与分析  34-39
    3.3.1 结果对比  34-35
    3.3.2 不同气门升程的流场分析  35-38
    3.3.3 不同气门升程的压力场、湍动能场分析  38-39
  3.4 本章小结  39-41
4 增压柴油机双进气道流动特性的三维瞬态数值模拟研究  41-61
  4.1 基于瞬态模拟的增压柴油机进气道几何模型建立及动网格划分  41-44
    4.1.1 几何模型建立  41-42
    4.1.2 动网格划分  42-44
  4.2 初始条件及边界条件  44-45
    4.2.1 初始条件  44
    4.2.2 边界条件  44-45
  4.3 瞬态进气过程计算结果分析  45-60
    4.3.1 进气道内、气门区和缸内流场分析  45-50
    4.3.2 进气道内、气门区和缸内缸内湍动能发展过程  50-51
    4.3.3 螺旋进气道及切向进气道对流动过程的影响分析  51-56
    4.3.4 缸内涡流发展过程分析  56
    4.3.5 缸内宏观流动特性分析  56-60
  4.4 本章小结  60-61
5 增压柴油机进气道组合方式对流动特性的影响规律研究  61-77
  5.1 双螺旋进气道流动特性的研究  61-66
    5.1.1 进气道内、气门区和缸内流动分析  62-64
    5.1.2 进气道内、气门区和缸内湍动能发展过程  64-65
    5.1.3 缸内涡流发展过程分析  65-66
  5.2 双切向进气道流动特性的研究  66-70
    5.2.1 进气道内、气门区和缸内流场分析  66-68
    5.2.2 进气道内、气门区和缸内湍动能发展过程  68-69
    5.2.3 缸内涡流发展过程分析  69-70
  5.3 进气道组合方式对缸内宏观流动特性的影响规律研究  70-75
    5.3.1 涡流比、滚流比  70-72
    5.3.2 平均湍动能、湍流耗散率  72-73
    5.3.3 缸内进气量  73-74
    5.3.4 缸内平均速度  74-75
  5.4 本章小结  75-77
6 增压柴油机进气道结构参数对流动特性的影响规律研究  77-107
  6.1 螺旋室高度对增压柴油机进气道流动特性的影响研究  77-84
    6.1.1 螺旋室高度对流场变化的影响研究  77-81
    6.1.2 螺旋室高度对缸内宏观流动特性的影响规律研究  81-84
  6.2 气门凸台高度对增压柴油机进气道流动特性的影响规律研究  84-90
    6.2.1 气门凸台高度对流场变化的影响研究  84-88
    6.2.2 气门凸台高度对缸内宏观流动特性的影响规律研究  88-90
  6.3 气道倾斜角对增压柴油机进气道流动特性的影响规律研究  90-98
    6.3.1 气道倾斜角对流场变化的影响研究  91-95
    6.3.2 气道倾斜角对缸内宏观流动特性的影响规律研究  95-98
  6.4 气道夹角对增压柴油机进气道流动特性的影响规律研究  98-105
    6.4.1 气道夹角对流场变化的影响研究  98-102
    6.4.2 气道夹角对宏观流动特性的影响规律研究  102-105
  6.5 本章小结  105-107
7 全文工作总结及展望  107-111
  7.1 全文工作总结  107-109
  7.2 今后工作展望  109-111
参考文献  111-115
作者简历  115-119
学位论文数据集  119

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