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发动机进气过程缸内流场瞬态数值分析
| 论文题名： | 发动机进气过程缸内流场瞬态数值分析 |
| 关键词： | 发动机;进气过程;缸内流场;数值模拟 |
| 摘要： | 发动机进气过程作为发动机工作循环的开始，在其工作过程中起到了关键作用。发动机进气过程中气缸内气体流动的组织会直接影响其在燃烧过程中火焰的传播、燃烧的稳定性和燃烧是否完全，进而影响发动机的性能及其排放。 对发动机进气过程传统的研究方法是通过实验来获得进气过程中气体流动的参数，以此研究其流动状态，不仅成本高而且实验周期长。随着计算流体力学等理论的不断完善以及计算机技术的不断发展，数值模拟方法逐渐成为研究发动机工作过程的主要方法，特别是对发动机缸内气体流动的瞬态数值模拟研究成为各国研究的热点，因为瞬态数值模拟与发动机实际工作过程相一致，能够直观的观察其进气过程中缸内气体形成的流场状态，可以获得更全面的流场信息。数值模拟方法还有成本低、周期短等优点。 为了对发动机的进气过程有更加深刻的认识，本文做了以下工作，对某柴油机螺旋进气道-气门-气缸进行三维建模；研究了在发动机进气过程的瞬态模拟中如何对进气道-气门-气缸进行动网格划分，使网格在模拟过程中的变化与气门和活塞在实际中的运动相一致，并保持良好的质量，以保证整个模拟的精确度；采用基于控制容积法的组合式动态网格划分技术，针对某带有螺旋进气道的柴油机进气过程进行了三维瞬态数值模拟；分析了其进气道在径向和切向两种布置的情况下进气过程中缸内流场结构及气体速度、压力和湍动能等参数的变化，分析结果表明： 1.在本文所模拟的工况下即小气门升程时，本文所模拟的柴油机螺旋进气道的位置对其进气过程中流场结构变化的影响较小，但从各项参数大小的变化曲线上来看，螺旋进气道在径向布置的情况下的进气效果优于切向布置的情况。 2.通过对进气过程中不同曲轴转角是缸内不同高度横截面速度矢量图的分析可以发现，在进气过程中气体流动受到螺旋进气道蜗壳的导向作用，在气缸上部产生涡流并由上到下呈螺旋状向下传递，最终结束在气缸底部的一个较稳定的涡流。 3.通过对不同曲轴转角时缸内气体在纵截面上的速度矢量图的分析发现，进气门起到了阻流板的作用，进气门下方空气被卷吸并且在气缸壁的导向作用下，气缸内部气体形成两个涡流，此两涡流在进气后期不断融合为一个较大的滚流，有利于缸内气体的混合和燃烧。 本文所做研究对带有螺旋进气道的柴油机在进气过程中的缸内流场的变化有了更加直观的认识，为其进气系统的设计和优化改进提供了参考。 |
| 作者： | 杨帆 |
| 专业： | 动力机械及工程 |
| 导师： | 续彦芳 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 中北大学 |
| 学位年度： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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