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发动机进气系统的CFD分析及实验研究

郭伟  
【摘要】:发动机进气歧管与进气道是发动机进气系统的重要组件之一,其进气性能的好坏将直接影响发动机缸内可燃混合气的形成及燃烧火焰的传播。因此,一台性能优良的发动机离不开良好的发动机进气歧管与进气道形状。 在传统的进气系统的设计过程中,主要依靠设计人员经验以及稳流实验,但这种方法周期长、成本高,因此,本文使用CFD的方法对发动机的进气系统进行分析,为进气系统的结构设计和改进提供依据。本文使用新一代流体分析软件STAR-CCM+对发动机进气歧管及进气道内的气体流动进行了计算。首先,使用90°T形管模型验证了网格形状、边界层的划分以及模板方向对计算结果的影响,为仿真计算过程中网格划分提供依据。其次,对某两台发动机的进气歧管分别进行建模计算,分析歧管内的流场分布以及压力损失,并将计算流量与实验结果进行对比验证。最后,对某发动机螺旋进气道模型进行了三维模拟,分析缸内压力、速度分布以及湍动能的分布,然后获取流量、涡流比数据与实验结果进行对比,验证CFD模拟计算发动机进气道的准确性。 研究结果表明:在CFD计算过程中,不同的网格形状、边界层层数以及模板方向都会对计算结果产生影响,采用正六面体网格、边界层两层的网格划分方式能够较快收敛且有比较高的计算精度;通过对进气歧管的计算发现,计算结果能充分反映歧管内的流场信息,在入口与稳压腔连接处、稳压腔与支管连接处速度与压力发生突变,符合流体力学的基本理论,将计算流量、压降等与实验结果进行对比,计算与实验存在一定误差,主要原因是实验设备的误差及计算模型与实验模型之间可能存在误差;对进气道进行CFD计算,分析缸内流场信息,将计算流量及涡流比与实验结果进行对比,两者之间误差低于5%,充分验证了CFD计算的可靠性。 本文通过对发动机进气系统的CFD数值模拟计算与稳流实验相结合,验证了CFD计算的准确性,为发动机进气系统的设计及结构优化提供了一种快速、有效的方法。


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