仿生非光滑表面柴油机双进气道流通特性数值模拟研究

《仿生非光滑表面柴油机双进气道流通特性数值模拟研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、仿生非光滑表面柴油机双进气道流通特性数值模拟研究TheresearchontheflowcharactersindieselenginewithBionicnon-smoothsurfaceontwinintakeportsbyusingCFDsimulations作者姓名：王海洲专业名称：载运工具运用工程指导教师：隗海林教授学位类别：工学硕士答辩日期：2015年6月6日2吉林大学硕士学位摘要近年来，随着汽车产业的迅速发展，柴油车的保有量逐年增加，所带来的环境污染和能源消耗问题已经成为研究热点。由于柴油机的运行状况不佳

2、，污染物排放大，如何使柴油机减排、提高能源利用效率也成为近年来汽车企业和相关研究部门的重要课题。柴油机以其良好动力性和燃油经济性在中大型车辆和相关领域得到了广泛的使用，进气道作为影响柴油机性能的重要部件，其流通特性的好坏也一直是柴油机优化的重点对象。相比于传统柴油机应用的单进气道，双进气道的出现既改善了高转速时大涡流比对燃烧的影响，又解决了低转速时进气不足的缺陷，提高了柴油机的动力性和经济性。而柴油机进气道对柴油机进气过程和缸内气体的混合有较大的影响，进而影响柴油机的动力性、经济性、排放性。近年来仿生非光滑表面对于流场

3、分布特性的优化在很多领域得到了广泛应用。因此，本文在课题组对于仿生非光滑表面柴油机螺旋进气道的研究基础上，将仿生非光滑单元体应用于柴油机切向型和螺旋型双进气道的内表面，通过将不同类型的仿生单元体表面进行搭配组合来优化进气道流通特性。根据边界层厚度计算结果设计单元体的尺寸及深度，通过均匀试验设计方法对仿生单元体的尺寸、深度、类型、位置进行搭配组合，相比于正交实验设计，均匀设计可以在减少实验次数的同时降低误差，节省实验资源。随后，利用CATIA软件对双进气道进行建模，gambit软件对模型进行网格划分。最后，通过Fluen

4、t软件对进气过程进行仿真实验，运用瞬态数值模拟分析，以更好的反映发动机在实际工况条件下，仿生非光滑表面柴油机双进气道对进气道内气体流通特性的影响。分析发动机在不同工况下即900rpm、1500rpm、2100rpm时的进气过程，运用CFD数值模拟分析，分析原模型与仿生非光滑表面柴油机进气道对涡流比和流量系数的影响程度，根据瞬态缸内气体的运动状态、涡流比变化曲线和流量系数变化曲线，经回归分析确定进气道的最优结构形态。通过瞬态CFD分析发现，仿生非光滑表面柴油机进气道对于缸内气体的运动产生了较大的影响，在提升缸内气体运动速

5、度的同时改善了气体的运动状态。根据回归分析得出不同转速下的三组最优模型；相比于原模型，三组模型在各I自的转速下对于涡流比的提升较为明显；单元体的尺寸变化随着进气速度的升高，直径逐减小最优范围为2.5mm-3mm；深度逐渐增大，最优范围0.6mm-0.8mm；同时，带有仿生凹坑和凸包表面，且直径为3mm，深度0.6mm的模型（AT3mm-0.6mm）在不同转速下可以较好的提升涡流比。缸内涡流比的优化不仅可以较好的提升柴油机缸内气体的混合质量，进而改善燃料燃烧，提升经济性和动力性。关键词：CFD瞬态数值模拟，进气道流通特性

6、，仿生非光滑表面，涡流比，流量系数IIAbstractAbstractTheresearchontheflowcharactersindieselenginewithBionicnon-smoothsurfaceontwinintakeportsbyusingCFDsimulationsWiththerapidincreasingamountofChinesevehicleinrecentyears,thepollutionandtheconsumingofresourcehasbeenapublichottopici

7、nChina.Thewayonhowtousetheenergyresourceinefficientandmakeitmoreproductivehavebeenthefocusinrelatedfields.RegardingthepowerfulandeconomicperformanceofDieselengine,ithadbeenwidelyusedinmanyregions,forthisreason,optimizedimportantpartswhichastheintakeportofdiesele

8、nginealsohasbeenthekeyfactortoimprovetheswirlandflowcoefficient.Comparingthetraditionalintakeportwiththetwinintakeport,ithasoptimizedthebigscaleofswirlduringhighengin