Laval喷管内高速混合气的流动特性研究与仿真分析

论文摘要

汽油发动机燃油混合气流动是一个复杂的流体流动和传热问题,它直接影响发动机的动力性,经济性及排放性能,因此我们对混合气的研究能够改善或解决许多问题。本文应用有限元分析软件对Laval管内的复杂流场进行数值模拟分析和研究,使我们从理论上去探索其流体的流动特点与规律,并在日本小野发动机测试系统上进行台架综合性能实验,所得结果与实验结果吻合较好。本文研究的主要内容如下: 1、引用拟流体假设,对研究对象进行合理的简化及假设,并对研究对象进行压缩性修正,建立两相流体的湍流数学模型; 2、运用大型有限元分析软件ANSYS,得到所研究对象的速度矢量、压力分布、湍流动能(ENKE)分布、温度以及马赫数分布等流体的流动特性; 3、通过仿真模拟得到流场的流动特性,分析这些现象对混合气的混合均匀度产生的影响; 4、采用有限元仿真模拟的研究方法,找到空气补偿装置的最佳补偿位置,使得补偿空气能够加速转捩,增大湍流动能,提高混合气的均匀度,使得汽缸中燃烧更加完全,从而对发动机性能的改善达到最好的效果; 5、进行发动机台架综合性能实验,比较理论与实际情况的吻合程度,并针对现有实验条件提出空燃比调节器的改进方案。

论文目录

• 声明
• 摘要
• Abstract （英文摘要）
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外相关领域的研究现状
• 1.2.1 化油器腔体内部流场研究的进展
• 1.2.2 汽油机稀薄燃烧的研究概况
• 1.3 研究课题的提出与主要研究内容
• 第二章 流体力学基本理论与数学模型
• 2.1 流体性质
• 2.1.1 流体的连续介质模型
• 2.1.2 流体的可压缩性
• 2.2 湍流流动
• 2.2.1 湍流的特征
• 2.2.2 湍流的研究方法
• 2.3 两相流动
• 2.3.1 研究两相流动的方法
• 2.3.2 两相流动的数学模型
• 2.4 数学模型
• 2.4.1 基本方程
• 2.4.2 湍流模型
• 本章小结
• 第三章 Laval喷管有限元实体模型的建立
• 3.1 有限元分析软件ANSYS概况
• 3.2 三维八节点六面体单元及其刚度矩阵
• 3.3 用ANSYS的FLOTRAN模块建立实体模型及网格划分
• 3.3.1 Laval管前后进气通道结构参数
• 3.3.2 网格划分
• 3.4 建立三维有限元模型的源程序
• 本章小结
• 第四章 数学模拟及结果分析
• 4.1 有限元离散化计算模型
• 4.1.1 发动机主要参数
• 4.1.2 确定流体状态
• 4.1.3 确定边界条件
• 4.2 数值模拟及结果分析
• 4.2.1 发动机各转速下的空气速度和喷口油速计算
• 4.2.2 施加载荷并求解
• 4.2.3 结果分析
• 4.3 数值模拟结果的对比分析
• 4.3.1 流场内空气和燃油混合体积的显著变化
• 4.3.2 扰动位置不同对空气和燃油混合质量的影响
• 4.3.3 有、无扰动情况下湍流动能分布的变化
• 4.4 可行性改进方案
• 本章小结
• 第五章 发动机台架综合性能实验
• 5.1 实验目的
• 5.2 实验设备
• 5.3 实验方法
• 5.4 实验结果
• 5.5 实验结论
• 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文