雙切向進(jìn)氣道進(jìn)氣評價(jià)參數(shù)計(jì)算修正及優(yōu)化設(shè)計(jì)研究(1)

1、天津大學(xué)碩士學(xué)位論文雙切向進(jìn)氣道進(jìn)氣評價(jià)參數(shù)計(jì)算修正及優(yōu)雙切向進(jìn)氣道進(jìn)氣評價(jià)參數(shù)計(jì)算修正及優(yōu)化設(shè)計(jì)研究化設(shè)計(jì)研究CrectionofIntakeEvaluationParametersComputationOptimizationDesignResearchofDoubleTangentIntakePts一級學(xué)科：動力工程及工程熱物理學(xué)科專業(yè)：動力機(jī)械及工程作者姓名：廖方樓指導(dǎo)教師：徐玉梁副教授天津大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院二零一五年五月I中文摘

2、要中文摘要作為發(fā)動機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)之一，進(jìn)氣道性能的好壞直接決定著發(fā)動機(jī)的動力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性。近年來，計(jì)算流體動力學(xué)CFD技術(shù)在進(jìn)氣道開發(fā)設(shè)計(jì)中得到了廣泛的應(yīng)用，已然成為與氣道穩(wěn)流試驗(yàn)并重的氣道性能評價(jià)手段。然而，針對當(dāng)前氣道穩(wěn)態(tài)數(shù)值模擬計(jì)算精度低這一普遍存在的工程問題，至今尚未見公開發(fā)表的關(guān)于氣道計(jì)算方法修正的研究成果。同時(shí)，傳統(tǒng)的氣道研究集中于性能的評價(jià)上，對于近年來在柴油機(jī)中逐漸推廣應(yīng)用的雙切向進(jìn)氣道的研究較少，尤其是針對

3、新型的偏心倒角結(jié)構(gòu)對于進(jìn)氣特性的影響，目前鮮有研究。本文以某國V柴油機(jī)開發(fā)為背景，針對氣道穩(wěn)態(tài)評價(jià)參數(shù)計(jì)算方法以及雙切向進(jìn)氣道的優(yōu)化設(shè)計(jì)開展了深入研究。首先，分析了導(dǎo)致傳統(tǒng)氣道計(jì)算方法精度低的主要因素，通過引入多孔介質(zhì)模型對傳統(tǒng)計(jì)算方法進(jìn)行了修正。研究結(jié)果表明，新的計(jì)算方法可以有效地提高氣道模擬計(jì)算精度，尤其是在渦流比的計(jì)算方面。針對傳統(tǒng)氣道評價(jià)參數(shù)平均值定義復(fù)雜繁瑣且不統(tǒng)一的問題，提出了基于氣門升程區(qū)間占整個進(jìn)氣行程比例的新的平均流量

4、系數(shù)、渦流比定義方法，該方法不僅簡單明了，而且通過3組獨(dú)立的氣道試驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了其與AVL平均值定義之間存在良好的對應(yīng)關(guān)系。同時(shí)，對在研柴油機(jī)雙切向進(jìn)氣道進(jìn)行了初步設(shè)計(jì)，并利用氣道穩(wěn)流試驗(yàn)對初步設(shè)計(jì)的氣道進(jìn)行了性能評估；為進(jìn)一步提高該氣道進(jìn)氣渦流比，本文提出了基于新型偏心倒角結(jié)構(gòu)的氣道設(shè)計(jì)方法。為研究偏心倒角結(jié)構(gòu)對于進(jìn)氣特性的影響規(guī)律，分析設(shè)計(jì)了25組不同偏心倒角匹配方案并進(jìn)行了試驗(yàn)研究，研究結(jié)果表明偏心倒角對于進(jìn)氣流量系數(shù)無明顯影響；當(dāng)

5、氣門升程小于6mm時(shí)，偏心倒角可以顯著提高進(jìn)氣渦流比，而當(dāng)升程大于6mm時(shí)偏心倒角對渦流比則無明顯影響。鑒于穩(wěn)態(tài)試驗(yàn)是單獨(dú)對氣道在各獨(dú)立升程下進(jìn)行試驗(yàn)，無法體現(xiàn)實(shí)際進(jìn)氣過程的連續(xù)性的不足，本文采用瞬態(tài)數(shù)值模擬方法研究了偏心倒角結(jié)構(gòu)對于進(jìn)氣特性的影響隨曲軸轉(zhuǎn)角的變化規(guī)律，揭示了偏心倒角對于瞬態(tài)渦流比影響的累加效應(yīng)。為驗(yàn)證該氣道設(shè)計(jì)是否滿足低速時(shí)的扭矩設(shè)計(jì)需求以及是否達(dá)到國V排放標(biāo)準(zhǔn)，試制了在研柴油機(jī)的第一代樣機(jī)并利用發(fā)動機(jī)臺架進(jìn)行了性能測