基于三维流动模拟和一维动力性能模拟的发动机气道参数化设计的研究

摘要

发动机是汽车的动力之源。发动机的设计需满足很多方面的要求，如全部结构元件的可靠性和使用寿命，以及用效率、比功率、比质量或燃油消耗率等评价其热能转换为机械功的程度。发动机进气道、排气道、气缸以及尾气管道的优劣影响到发动机经济性、动力性及有害排放物的水平等。
　　 传统的设计方法主要依靠经验积累，在台架试验台上反复调试，对得到的性能参数进行半经验的对比分析。这种方法花费大、周期长、适用性不强、效果不太明显。利用多维数值模拟方法研究气道流通特性，得到气道内部流场的微观情形，能得到综合评价参数。根据评价参数是否能提高发动机的动力性能来进行气道改进设计。
　　 本文以CG150 型发动机为研究对象，首先利用三维计算流体力学软件SC/Tetra 模拟发动机进气道-气缸-排气道中空气的三维流动特性，得到进、排气道在不同气门升程下的流量系数和缸内涡流比；并进一步将三维模拟的结果作为一维循环模拟的输入参数，通过模拟一维发动机的整机工作循环，得到发动机的外特性曲线。将模拟结果与试验台中得到的外特性结果进行对比，验证了数值试验平台的可靠性；最后，利用参数化设计方法改进发动机的气道参数，并利用上述数值试验平台，以气道内的气体流速、气道流量系数以及湍动能为评价参数验证改进后的方案，结果显示改进后的方案提高了气道的流通能力。将改进后的气道参数代入到一维循环模拟中，结果显示发动机的动力性能得到了提高。
　　 因此本文建立的发动机气道数值仿真平台和参数化设计方法可以用于一般气道的设计。

目录

第一章 绪论

第二章 发动机内流场三维数值模拟的基础理论和研究方法

第三章 发动机内流场三维数值模拟及结果分析

第四章 发动机一维循环模拟与验证

第五章 发动机气道改进

第六章 结论与展望

参 考 文 献

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文

致谢

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