某柴油机新型铸造MPC型排气管计算分析

摘要

近年来，石油作为不可再生资源日益枯竭，石油危机愈发明显和环境遭到了破坏，环境危机日益严重，由此世界范围内号召起来节省资源，保护环境迫在眉睫。国家制定了高要求的排放标准，内燃机作为动力，不但排放要达标，还要使其更加节能，动力性更强。说起内燃机对于大气环境的影响首先会想到排放，排气系统不仅影响废气的排出，还影响着发动机的性能，尤其在增压发动机上影响明显。涡轮增压器利用废气能量提高发动机进气量，对于发动机来说排气系统是一个很重要的部件，针对某一种机型都要设计并选择最适合的一种排气系统。内燃机问世已经有一个多世纪，人们不断探索，排气系统的研究方法越来越先进。以前研究者通过做大量的实验，并以经验来设计发动机的排气系统，这种方法在当今已经无法到达开发要求。如今，计算机模拟技术越来越先进，利用软件模拟流体流动成为了主要的研究方法，可以在软件平台上建立排气系统的三维流体虚拟样机来进行流场分析，再与试验相结合使排气系统的设计更加完美，以至降本增益，满足要求。
　　本文在FLUENT中建立原柴油机排气系统和新型铸造MPC型排气系统的三维流体虚拟样机并计算获得其流场分布情况。要想模拟结果更接近实际工作情况，设置好边界条件和参数尤为重要，本文在GT-Power平台中创建6265柴油机的计算模型，并根据图纸和实验数据，确定了模型中的各项参数，对该型柴油机工作过程模拟仿真，为三维流动计算提供边界条件和所需的基本参数。设置好边界条件和调整好参数，完成仿真计算，对原排气系统和新型铸造MPC型排气系统的流场分布情况做对比分析。然后对新型铸造MPC型排气管结构的设计合理性进行评价，并通过调整总管管径和引射角等参数对结构进行优化，重新计算验证以确定最优化模型。然后对最优化模型的MPC排气管系做模态分析，本文应用ANSYS建立了其有限元模型，对最优化模型做了自由模态分析和约束模态分析，得到MPC排气管的振动形变和固有频率，对比分析其结果，并判定排气管不会与发动机发生共振。

目录

声明

1 绪论

1.1 选题的意义

1.2 研究现状

1.3 本文主要工作

2 相关基本理论

2.1 CFD基本理论

2.2 模态分析理论

3 排气系统的设计

3.1 定压排气系统

3.2 脉冲排气系统

3.3 MPC排气系统

3.4 排气系统的选定

3.5 本章小结

4 排气系统的三维流体虚拟样机

4.1 柴油机基本参数

4.2 建立计算模型

4.3 CFD计算结果分析

4.4 本章小结

5 新型铸造MPC型排气系统结构改进

5.1 MPC模件简介

5.2 影响MPC排气系统能量利用的因素

5.3 MPC排气系统改进方案

5.4 CFD计算结果分析

5.5 本章小结

6 最优方案MPC排气管的模态分析

6.1 排气歧管有限元模型的建立

6.2 激励源频率

6.3 最优方案MPC排气管系模态分析

6.4 本章小结

7 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

致谢