469Q汽油机进气系统流场特性及优化设计

摘要

进气系统是发动机的重要组成部分，它的布置形式和结构参数对发动机的充气效率、进气阻力、进气均匀性、缸内混合气运动和燃烧过程有着重要的影响，从而影响发动机的动力性、经济性和排放特性。因此，进气系统的设计已成为发动机研发的关键技术之一，它在发动机产品的研发过程中，占有重要的地位。进气系统良好的结构布置形式有助于充分利用重力自然进气，而对进气系统结构参数的合理选择，可以使发动机充分利用歧管内气体流动的动力效应，进而提高发动机的充气效率，使发动机在较宽的转速范围内具有良好的性能。 利用CFD(计算流体动力学)软件对进气系统进行流场特性分析，可以认识和掌握进气系统内部的流动特性，这对指导进气管设计和缩短产品设计制造周期具有重要的作用。目前，对发动机进气系统流场的研究主要应用于气道喉口-气缸内的热力学系统，这种研究对发动机气道喉口设计和缸内混合气的组织起到了积极的促进作用。大稳压腔和长管道进气结构是进气系近十多年来出现的新结构和发展趋势，对它的建模、流场特性分析和计算，尚属行业内创新性研究领域。 本文利用气体动力效应设计计算XTD469Q汽油机进气系统的结构参数，从而在理论上初步确定了气道的长度和直径等特征参数；其次是利用三维造型软件CATIA对总体布置方式不同的进气系统进行几何建模，利用GAMBIT网格生成器生成计算网格，再利用CFD软件FLUENT，对理论计算后结构参数已经确定的总体布置方式不同的进气系统，进行流场初步计算和分析，得出两点结论：(1)上置式进气系统流场特性较好，因此，XTD469Q汽油机选择上置式进气系统。(2)通过分析上置式进气系统内部流场特性，对XTD469Q汽油机进气系统进行改进设计。在改进设计的基础上，对不同气门升程的上置式进气系统(包括发动机缸内)进行流场计算和分析，获得了气门20％升程、46.7％升程、73.3％升程、100％升程条件下的速度场、压力场和湍动能场，揭示了不同气门升程下进气系统中的流场特性和分布规律，从而为气道结构的进一步优化提供了必要的保障。最后利用作者设计的一套实验用可变长度的进气歧管，通过实验进一步优化选择进气系统结构参数，验证了理论设计计算的合理性和指导性作用。 三维计算流体动力学软件可以从微观角度对活塞式发动机的大稳压腔长管道进气系统内气体流动进行流场分析计算，从而不仅可以获得稳压腔—气道—气门—气缸流场的整体流动特征和局部流动特征，而且可以获得流场中的压力、速度、湍动能等参数的分布规律，能够直观反映进气系统结构参数与流动特征的内在关系，从而为产品设计和产品改进提供了依据，在学术上和工程上具有重要的应用价值。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

第二章进气系统的理论设计计算

第三章进气系统几何模型及网格划分

第四章进气系物理模型和数学模型

第五章进气系统三维流场分析计算

第六章实验研究

第七章全文总结

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文