基于CAD/CFD的135型柴油机螺旋进气道的研究

摘要

随着70年代能源危机的爆发，人们越来越重视发动机的经济性，而随着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。由于柴油机具有优越的动力性、经济性和排放性能，因而获得了广泛的应用。螺旋进气道作为小缸径直喷式柴油机的重要零部件之一，由它的几何形状所决定的经进气过程进入柴油机汽缸内的空气量及其涡流强度，对柴油机的这些良好性能有着重要的影响。因此螺旋进气道的设计在发动机的开发过程中占有重要的地位。 传统的螺旋进气道设计流程是采用经验设计加上稳流试验台上的反复试验，多次修正气道形状的方法进行设计。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，可获得涡流比和流量系数，还可获得气道内压力、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规律及其特性(包括流量系数、涡流比等)的关系，为发动机进、排气道的设计与改进提供依据。 本文首先以实际135型柴油机的螺旋进气道为原型，进行气道稳流试验，得到进气道不同气门升程下的评价参数：流量系数和涡流比．然后借助先进制造技术CAD软件Pro/E和流体三维数值模拟技术CFD等手段，对进气道原型进行模拟计算，获得其内部的压力场、速度场和流量场等的详细分布，并计算和实验相对应的评价参数，进而比较实验、经验和模拟计算之间的相对误差。在误差允许范围内，用Pro/E对进气道原型的几何形状进行修改，并利用CFD软件STAR-CD进行计算，达到设计研究135螺旋进气道的目的，为实际生产提供可靠的模型。 本文的研究和实际生产联系在一起。它的意义在于：应用进气道稳流试验与CFD仿真计算相结合的办法，验证了应用CFD改进气道的正确性，为气道的设计开发提供了快速、有效的方法。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1引言

1.2进气道的设计开发过程和气道流动的研究方法

1.2.1进气道的设计开发过程

1.2.2气道流动的研究方法

1.3 CFD研究现状及趋势

1.4本课题的主要工作及意义

2进气道流动特性评价参数和进气稳流试验

2.1进气道的流动特性评价参数

2.1.1 Ricardo方法

2.1.2 AVL方法

2.1.3 FEV方法

2.1.4西南研究院(SwR I)方法

2.2进气道的稳流试验

2.2.1试验方法

2.2.2试验装置

2.2.3试验数据

3螺旋进气道的三维造型设计

3.1气道的正向设计

3.2气道的逆向设计

3.3螺旋进气道计算模型

4进气道稳态流动的数值模拟及计算结果分析

4.1 STAR-CD简介

4.2 135型螺旋进气道的模拟流动计算

4.2.1计算模型

4.2.2计算网格

4.2.3边界条件的设定

4.3计算结果分析

4.3.1试验结果

4.2.1模拟计算结果

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢