发动机废气再循环阀流场特性与多场协同机理研究

摘要

随着全球能源和环境问题日益严重，各国对汽车的能耗要求和排放要求日益严格。废气再循环(Exhaust Gas Recirculation)系统是一项可以同时提高发动机的燃油经济性和改善发动机尾气中NOX排放性能的有效措施。发动机在部分负荷下，EGR系统将一部分废气经过冷却后重新引入进气管，与新鲜混合气混合后再进入气缸，增加了进气管的压力和气缸的充气效率，以降低燃烧温度和氧气的浓度，从而达到节能减排的效果。EGR阀是发动机EGR系统的关键部件，其性能的好坏对降低发动机NOx的排放有着重要的影响。因此，结合流体动力学理论对发动机 EGR阀的流场特性进行了仿真模拟分析，对发动机EGR结构的改进和性能的提高具有重要的理论意义和工程应用价值。
　　为此，本论文以国家自然科学基金项目[51176045]为依托，采用数值仿真方法、场协同理论等方法对EGR阀的流场特性进行相应研究，论文主要创新点和研究工作如下：
　　（1）对发动机废气再循环系统进行相应分析，设计了一种步进电机驱动式 EGR阀，主要对阀体结构进行了分析和设计，并对设计完成的阀体结构和EGR阀内流体建立了三维模型，通过三维数值模拟判断阀体结构设计的合理性。
　　（2）根据发动机 EGR阀的结构参数，在 Fluent软件中建立 EGR阀内流道有限元仿真模型，通过计算流体动力学仿真，得出不同开口度下 EGR阀内流体的速度场、压力场和温度场的分布规律。
　　（3）利用场协同理论对发动机 EGR阀的流体区域进行了场协同分析，得出在不同的阀门升程下 EGR阀内的速度矢量与温度梯度的夹角的变化规律。

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第1章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 氮氧化物生成机理

1.3 发动机EGR控制方法概述

1.4 EGR技术发展概述

1.5 EGR技术的研究现状

1.6 主要研究内容及论文框架

第2章 发动机废气再循环技术分析

2.1 真空调节式EGR系统

2.2 转阀式EGR系统

2.3 步进电机式EGR系统

2.4 EGR阀设计

2.5 本章小结

第3章 废气再循环阀流场特性仿真分析

3.1 废气再循环阀数值仿真理论基础

3.2 数值模拟方法

3.3 废气再循环阀有限元仿真研究

3.4 废气再循环阀流场仿真结果分析

3.5 本章小结

第4章 废气再循环阀内流体场协同分析

4.1对流传热理论分析

4.2多场协同理论分析

4.3废气再循环阀内流体的场协同分析

4.4 本章小结

总结与展望

参考文献

附录A 攻读学位期间发表的论文及参与课题

致谢