柴油机螺旋进气道流动实验与数值模拟

论文摘要

柴油机进气道结构是决定气缸内空气量及其涡流强度重要因素,直接影响柴油机混合气形成和燃烧,从而影响柴油机的动力性、经济性和排放性能。本文应用CFD三维数值模拟和气道稳流试验对某柴油机螺旋进气道流动性能进行了研究,具体内容如下：采用逆向工程技术测量气道外形,得到气道外形的数值化模型,然后在Pro/E软件上实现了气道的三维实体造型；应用CFD软件进行了稳流试验条件下的气道—气门—气缸内流场的模拟试验；通过网格的优化、湍流模型的选择、壁面的处理使得模拟试验和稳流试验结果达到一定的精度,保证了模拟计算的正确性。模拟得到试验的验证后,详细分析了气道流动的速度场、压力场分布情况,为气道结构优化和开发提供了理论依据和指导方向；结合CFD模拟提供的进气道流动微观详细信息分析了气道流量系数和涡流比随气门升程变化趋势的原因。研究了螺旋进气道不同结构参数对其流动的影响规律,结合CFD模拟提供的气道流场信息,对该进气道提出了调整引导管和蜗壳连接处的位置来进一步提高流量系数的实用性修改方案,修改方案的模拟试验表明：修改后的气道模型平均流量系数提高了7.3%。本文采用气道稳流试验和CFD模拟相结合的方法,实现了对柴油机螺旋进气道改进优化的快速化,这一方法同样适用于其它发动机气道的设计开发中。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 柴油机进气道设计概论
• 1.2 进气道流动研究发展状况
• 1.2.1 进气道流动数值模拟研究发展概况
• 1.2.2 进气道流动实验研究概况
• 1.3 论文研究目的和意义
• 1.4 课题来源及本文的主要工作
• 第2章 进气道内气体流动特性的实验研究
• 2.1 进气道流动特性的评价
• 2.1.1 单进气道流动特性的评价
• 2.1.2 多气道流动特性的评价
• 2.1.3 平均流量系数和平均涡流比
• 2.2 进气道流动特性的稳流实验研究的依据
• 2.3 进气道流动特性实验研究
• 2.3.1 实验研究方法
• 2.3.2 实验装置
• 2.3.3 实验步骤和结果
• 2.4 本章小结
• 第3章 进气道气体流动的数学模型及求解方法
• 3.1 气体运动控制方程
• 3.2 湍流模型方程
• 3.3 边界条件
• 3.3.1 进出口边界条件
• 3.3.2 壁面边界条件
• 3.4 控制方程的离散
• 3.5 控制方程的求解
• 3.6 控制方程求解的收敛准则
• 3.7 本章小结
• 第4章 进气道流动的数值模拟计算及结果分析
• 4.1 FIRE软件简介
• 4.2 柴油机螺旋进气道的三维建模
• 4.2.1 逆向工程技术
• 4.2.2 柴油机进气系统模型的三维建模
• 4.3 柴油机进气系统模型的网格划分
• 4.4 边界条件、初始条件的设置
• 4.5 模拟计算控制参数的设置和计算
• 4.6 实验与模拟结果对比分析
• 4.7 进气道和缸内流场分析
• 4.8 本章小结
• 第5章 螺旋进气道结构参数对其流动特性的影响
• 5.1 螺旋进气道主要结构参数及进气特点
• 5.2 螺旋进气道结构特点
• 5.3 螺旋进气道结构参数对其流动性能的影响
• 5.3.1 进气道口中心距h的影响
• 5.3.2 气门室高度H的影响
• 5.3.3 气门锥角α的影响
• 5.4 螺旋进气道结构修改方案的提出与模拟验证
• 5.5 本章小结
• 第6章 全文总结与下一步工作展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 下一步工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果