发动机进气道参数化CFD分析及其平台开发

摘要

在车用发动机中，尾气排放污染物的形成与其燃烧过程有着重大关联，而燃烧过程的好坏影响着进气过程中气流组织的合理性及进气充量的大小，所以研究发动机进气道的结构参数对于发动机动力性、经济性、减少污染物排放等方面具有重要意义。
　　在进气道研究领域中，传统方法多采用人工加工并结合气道稳流试验台进行实验，从实验报告中逆向分析结构参数对流通性能的影响。由于结构参数间联系紧密，进行单一结构参数影响分析面临诸多困难，最终使得结构设计出现盲目性，并且气道稳流实验过程耗时较长，成本较高。
　　本文利用Pro/E造型软件与 STAR-CCM+流体计算软件等工程软件，针对发动机进气道参数化等设计问题进行了深入研究。通过修改相关结构参数进行了气道构型，并着重研究了切向气道结构参数、螺旋气道结构参数在不同气门升程条件下的气道及缸内流动状况，总结出了相关规律与设计方法。切向气道中考虑气道中心线偏转角、双气道中心线夹角、气道弯转角半径、气门底座圆心偏移值等结构参数，结合不同气门升程条件下局部结构流动特性的对比分析，探讨了结构与性能间的关系。螺旋气道中考虑管道底坡角、涡流室高度、气门锥角等结构参数，分析了进气道流通特性，得出了这些参数的最佳设计值或范围。
　　通过对气道数值模拟流程的分析与总结，提出了开发进气道流程自动化分析平台的概念，并利用STAR-CCM+自有的模拟助手功能对该平台进行了构建，采用外部导入 JAVA文件、执行外部代码的方法实现流程自动化控制。在Netbeans平台下将数值模拟过程后台代码进行了重新编写与集成，实现了自动化分析平台的完整运行。采用自动化分析平台与原始平台同时计算，对比发现前者在一致性与快速性等方面均有提高，并且在流程分解、数据对接等方面对CFD分析规范的建立提供了有效指导。

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第1章 绪 论

1.1 课题研究背景与目的

1.1.1课题研究背景

1.1.2课题研究目的

1.2 课题国内外研究现状

1.2.1气道参数化国外研究现状

1.2.2气道参数化国内研究现状

1.2.3 CFD自动化分析研究现状

1.3气道性能评价指标计算方法

1.3.1流量系数

1.3.2滚流比

1.3.3涡流比

1.3.4综合评价参数

1.4本文主要研究内容

第2章 切向气道参数化流通特性分析

2.1 气道造型与边界条件

2.1.1气道造型与结构参数分析

2.1.2网格划分与边界条件

2.2结构参数对缸内流动影响分析

2.2.1不同双气道中心线夹角结构参数缸内流动分析

2.2.2不同气道中心线偏转角结构参数缸内流动分析

2.2.3不同弯转角半径结构参数缸内流动分析

2.2.4不同气门底座圆心偏移值结构参数缸内流动分析

2.3结构参数对气道性能影响分析

2.3.1不同双气道中心线夹角气道性能分析

2.3.2不同气道中心线偏转角气道性能分析

2.3.3不同弯转角半径气道性能分析

2.3.4不同气门底座圆心偏移值气道性能分析

2.3.5不同结构参数正交设计分析

2.4 本章小结

第3章 螺旋气道参数化流通特性分析

3.1气道造型与边界条件

3.1.1气道造型与结构参数分析

3.1.2网格划分与边界条件

3.2结构参数对缸内流动影响分析

3.2.1不同涡流室高度结构参数缸内流动分析

3.2.2不同管道底坡角角结构参数缸内流动分析

3.2.3不同气门锥角结构参数缸内流动分析

3.3结构参数对气道性能影响分析

3.3.1不同涡流室高度气道性能分析

3.3.2不同管道底坡角气道性能分析

3.3.3不同气门锥角气道性能分析

3.4 本章小结

第4章 自动化分析平台开发

4.1 引言

4.2进气道自动化分析平台开发流程

4.2.1进气道数值模拟流程

4.2.2自动化分析平台开发思路

4.3交互界面与外部源文件代码说明

4.3.1外部源文件编撰方法

4.3.2 Task01交互界面与代码说明

4.3.3 Task02交互界面与代码说明

4.3.4 Task03交互界面与代码说明

4.3.5 Task04交互界面与代码说明

4.3.6 Task05交互界面与代码说明

4.4自动化分析平台验证

4.5本章小结

结论与展望

参考文献

附录

声明

致谢