基于KIVA-3V程序的四缸车用柴油机进气道流场数值模拟

论文摘要

进气系统是发动机的重要组成部分，进气系统的好坏对发动机的性能有直接的影响，进气道对内燃机的各项性能指标有重要的影响。随着经济和社会的发展，各国环保意识的日益增强，为了减少大气污染，发动机的排放性能获得越来越高的重视。而进气道的设计是否合理，直接影响到缸内新鲜空气充量的大小，从而影响发动机的经济性、动力性和排放性能。因此，有必要对发动机进气道内气体流动特性进行研究。目前，国内对发动机进气道的流动特性研究手段主要依靠实验，在实验台上进行大量的实验，既费时又费力，虽然数值模拟还处于开发阶段，但国内己经有人对进气道进行了数值模拟，证明了用数值模拟方法计算进气道流量系数的可行性，因此，采用多维数值模拟技术是一种有效的研究手段。本课题运用KIVA-3V软件，模拟了不同气门开度时的进气道流场分布，通过可视化后处理，得到气道内的压力分布场和气体流动的速度分布场等大量数据信息，得到各转速时的质量流量和平均流速，通过计算得到不同转速时的流量系数，并与实验流量系数进行比较分析，得出流量系数和平均流速随发动机转速的变化规律。计算分析结果可以为柴油机进气道的设计和改进提供理论计算参考依据，为开发新型发动机和旧发动机性能的提高提供指导，可以降低实验费用，缩短实验时间，节省大量的人力物力，具有重要的意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.1.1 引言
• 1.1.2 发动机数值模拟发展概况
• 1.2 气道流场模拟的意义
• 1.3 气道的国内外研究现状
• 1.3.1 气道的国外研究现状
• 1.3.2 气道的国内研究现状
• 1.3.3 气道研究的最新发展
• 1.4 论文选题的背景、意义及主要内容
• 1.4.1 论文的选题背景及意义
• 1.4.2 论文的技术路线及主要内容
• 1.5 本章小结
• 第二章 数值模拟方法研究气道理论
• 2.1 数值模拟方法研究气道概述
• 2.2 气道的评定方法
• 2.3 网格的划分
• 2.3.1 引言
• 2.3.2 网格划分的一般要求及划分方法
• 2.3.3 结构化网格和非结构化网格
• 2.3.4 分块结构化网格
• 2.4 本章小结
• 第三章 计算模型的选定
• 3.1 引言
• 3.2 湍流物理量的时间平均值的定义及其性质
• 3.3 数学模型和物理模型
• 3.3.1 连续方程
• 3.3.2 动量守恒方程
• 3.3.3 能量守恒方程
• 3.3.4 双方程湍流模型
• 3.3.5 物性参数
• 3.4 方程的离散方法及其解法
• 3.5 本章小结
• 第四章 计算程序的建立和边界条件的确定
• 4.1 引言
• 4.2 KIVA系列程序简介
• 4.2.1 KIVA程序的诞生
• 4.2.2 KIVA程序的发展和完善
• 4.3 计算程序的主要模块及其应用
• 4.3.1 前处理程序K3VPREP的应用
• 4.3.2 主程序—流场求解器的应用
• 4.3.3 模拟结果后处理
• 4.4 边界条件的确定
• 4.4.1 物理边界条件
• 4.4.2 数值边界条件
• 4.5 本章小结
• 第五章 四缸车用柴油机进气道流场的数值模拟
• 5.1 仿真柴油机简介
• 5.2 计算网格的生成
• 5.2.1 三维网格的生成步骤如下:
• 5.2.2 边界条件的确定
• 5.2.3 进气道数值模拟计算
• 5.3 进气道模拟计算的压力场及其分析
• 5.4 进气道模拟计算的速度场及其分析
• 5.5 实验数据的计算分析
• 5.5.1 原始数据的分析
• 5.5.2 流量随转速的变化分析
• 5.5.3 平均流速随转速的变化分析
• 5.6 流量系数的比较分析
• 5.6.1 流量的计算
• 5.6.2 流量系数的计算
• 5.7 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢