基于CAD/CFD的塑料进气歧管流场分析及结构改进

论文摘要

进气歧管是汽车发动机的一个主要部件,其几何形状、结构和流动特性影响到汽车发动机性能的多个方面,包括进气阻力、充气效率、各缸均匀性及缸内气体运动,进而影响到汽车发动机的动力性、经济性和排放指标。高性能的发动机对进气歧管的设计也提出了更高的要求。在传统进气歧管设计中,其性能通常用稳流试验来进行评价。稳流试验虽然能得到流动综合量,但不能得出详细的缸内三维流场信息。设计者设计时主要靠自己的直觉和所积累的经验,而且试验方法周期长、费用大,严重影响生产效率。CAD/CFD技术在进气歧管设计中的使用能有效地克服这些缺点,因此,CAD/CFD技术将逐渐成为进气歧管设计改进中最常用,也是最有效的方法。本文用CAD软件建立某发动机进气歧管三维几何模型;分别使用STAR-CD和ANSA软件对进气歧管三维几何模型进行网格划分;然后采用K-Epsilon/High Reynolds Number模型模拟进气歧管内流场,用CFD软件分别对网格模型进行流场分析;根据流场分析对所设计的进气歧管模型进行了两次结构改进;并分别对改进后的进气歧管进行流场分析,将流场分析所得结果与试验数据进行比较。结果表明:经过两次改进后的进气歧管在性能方面有了很大的提高,能够满足预期的设计目标要求;同时也证明CAD/CFD技术计算精度较高,与稳流试验一致性也很高,为进气歧管设计提供了很好的理论依据。本文为进气歧管设计及结构改进提供了具有指导意义的研究方法,该研究方法对于汽车进气歧管的结构设计及改进具有普遍推广性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景目的及意义
• 1.2 CAD/CFD 技术
• 1.2.1 CAD 技术在产品设计中的应用
• 1.2.2 CFD 技术的应用
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 国外研究现状
• 1.3.2 国内研究现状
• 1.4 主要研究内容
• 第2章 进气歧管模型的建立
• 2.1 数学模型的建立
• 2.1.1 气体运动控制方程
• 2.1.2 湍流模型
• 2.1.3 SIMPLE 算法
• 2.1.4 有限体积法
• 2.2 三维几何模型的建立
• 2.3 网格模型的建立
• 2.3.1 STAR-CD 划分网格
• 2.3.2 ANSA 划分网格
• 2.4 本章小结
• 第3章 进气歧管CFD 计算及分析
• 3.1 确定边界条件和收敛方法
• 3.2 CFD 模拟结果及分析
• 3.2.1 六面体网格模型模拟计算及结果分析
• 3.2.2 四面体网格模型模拟计算及结果分析
• 3.3 本章小结
• 第4章 进气歧管结构改进
• 4.1 第一次改进
• 4.1.1 建立模型
• 4.1.2 CFD 模拟计算及结果分析
• 4.2 第二次改进
• 4.2.1 建立模型
• 4.2.2 CFD 模拟计算及结果分析
• 4.3 本章小结
• 第5章 进气歧管试验研究
• 5.1 进气歧管样件制作
• 5.2 试验方法及结果分析
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢