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C14D发动机进气道流场三维数值模拟

作　者: 周昌祁
导　师: 魏明锐
学　校: 武汉理工大学
专　业: 动力机械及工程
关键词: 数值模拟进气道改进流量系数 CFD
分类号: TK411
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

在汽油机中,进气道是决定充量系数、混合气形成和燃烧过程好坏的关键因素之一；进入气缸中的空气量和进气产生的流动状态是影响内燃机的动力性、经济性以及排放性能的主要因素。传统的进气道设计流程是经验设计加上稳流试验台上的反复试验。在设计开发中存在着较大的盲目性与局限性,不仅设计开发周期长,耗费大,而且较难得到理想的方案。通过对进气道内气体流动的三维数值模拟计算,可获得流量系数,气道内压力、流速等参数的空间分布,并建立气道形状、安装位置与气体流动特性(包括流量系数等)的关系,为汽车发动机进、排气道的设计与改进提供依据。本研究主要工作：1.综述了汽油机进气道的研发方法、流体所遵循的物理规律和数学模型相关理论。2.利用三维造型软件UG,建立了实体模型。3.利用FIRE,建立了包括气道—气门—气缸在内的计算域网格。4.利用FIRE进行三维模拟计算。计算模拟出气道的流量系数、进气流动的速度场、压力场和滚流迹线图等三维模拟结果。5.比较不同湍流模型对模拟结果的影响。6.在原机型的基础上,改变气道模型和燃烧室角度,对比了改进前后模拟仿真结果。本文的意义在于：通过进气道CFD仿真计算,获得了进气道结构对流量系数的影响规律,并采用CAD/CFD相结合的手段,分析了切向气道和蓬形燃烧室角度的改变对汽油机进气道流场的影响。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-20
  1.1 研究背景  9-11
  1.2 气道设计和气道流动理论研究  11-14
    1.2.1 气道设计  11-13
    1.2.2 气道流动特性的理论研究  13-14
  1.3 国内外进气道CFD 数值模拟的研究状况  14-16
  1.4 发动机的缸内气流运动  16-19
  1.5 本文研究内容  19-20
第2章数学模型  20-30
  2.1 数学模型  20-25
    2.1.1 控制方程  20-23
    2.1.2 湍流方程  23-25
  2.2 控制方程的离散  25-28
    2.2.1 有限差分法  25-26
    2.2.2 有限元法  26
    2.2.3 ALE算法  26-28
  2.3 软件概述  28-29
  2.4 本章小结  29-30
第3章模型的建立及边界条件的确定  30-38
  3.1 前言  30-31
  3.2 几何模型的建立  31-33
  3.3 网格的划分  33-35
    3.3.1 网格的设置  33-34
    3.3.2 网格的检查  34-35
  3.4 求解器设置  35-36
    3.4.1 边界条件  35-36
    3.4.2 数学模型及计算方法  36
  3.5 迭代次数的选择  36-37
  3.6 计算成本  37
  3.7 本章小结  37-38
第4章气道模拟仿真结果与分析  38-58
  4.1 气道方案及截面的选择  38-39
  4.2 不同湍流模型  39-42
  4.3 最大升程时气道流场分析  42-45
    4.3.1 最大气门升程时气道速矢场的分析  42-43
    4.3.2 最大气门升程时气道速度等值线分布图  43
    4.3.3 气道截面a的迹线图  43-44
    4.3.4 截面c处的迹线图  44-45
  4.4 不同气门升程的比较  45-49
    4.4.1 不同气门升程时气道的速度图和速度等值线图  45-47
    4.4.2 截面a处气道及缸内绝对压力图  47-48
    4.4.3 迹线分布图分析  48-49
  4.5 流量系数的获得  49-51
  4.6 改进前后模拟结果对比分析  51-57
    4.6.1 改变进气道与燃烧室角度  51-52
    4.6.2 改进后模拟结果的对比  52-56
    4.6.3 改进前后流量系数的对比  56-57
  4.7 本章小结  57-58
第5章全文总结及展望  58-60
  5.1 全文总结  58-59
  5.2 展望  59-60
参考文献  60-63
致谢  63-64
硕士期间发表的论文  64

C14D发动机进气道流场三维数值模拟

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