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FSC方程式赛车进气系统的设计和优化

李江  
【摘要】:根据FSC赛车的规则限制,各参赛院校的发动机的进气系统必须有一个直径不超过20mm的限流阀,而进气系统作为发动机的呼吸道,它的结构形状和参数直接影响了发动机的充气效率,进而影响发动机的动力性。因此,进气系统在发动机动力研发的过程中起到了关键性的作用。为了提高进气限流后发动机的充气效率,减小发动机的动力损失,本文针对参赛所用的CBR-600RR发动机进行了进气系统的的流场特性分析及结构优化。首先分析了影响发动机充气效率的因素及其改善措施,并研究了进气管中的能量损失及进气气流的波动效应和惯性效应。采用GT-Power一维流体仿真软件对发动机进行建模,分析了歧管长度和稳压腔容积对发动机性能的影响,确定了进气系统歧管长度为280mm,稳压腔容积为3L。然后确定进气布置形式,并建立进气系统三维模型,进气系统建模主要包含了限流阀前段、限流阀、限流阀后段、稳压腔及歧管。以计算流体动力学为理论基础,借助CFD软件Fluent先对进气系统的限流阀进行分析,确定其出口扩散锥角的最佳角度,最后对进气系统进行整体的流体分析,并对进气系统进行改进,为了平衡各气缸进气量在稳压腔中设置风杯,并通过优化风杯的高度来调节进气的平衡。本文通过一维的发动机工作循环的模拟确定了部分进气系统参数,再结合三维的CFD流体分析,对进气系统进行了设计和优化,最终结果表明提高了歧管出口的质量流量,增大了歧管出口气流的速度,并使得进气系统中气流流动更加稳定,减小了流动损失,达到了提高发动机充气效率的目的,改善了发动机的性能,可以为以后FSC赛车进气系统设计提供理论依据,具有一定的参考价值。


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