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五冲程发动机气流传输管道的流场分析和性能优化
| 论文题名： | 五冲程发动机气流传输管道的流场分析和性能优化 |
| 关键词： | 增程式汽车;五冲程发动机;气流传输管道;流场分析;多目标优化 |
| 摘要： | 增程式汽车因续航里程长和节能的优点，在汽车产业转型过程中起到了重要作用，改善增程式汽车性能的重要一环就是提升发动机热效率。五冲程发动机是一种特殊的发动机形式，通过增加额外膨胀气缸进行二次做功实现热效率的提升，其较窄工况范围内的高热效率特性适合作为增程式汽车的专用发动机。五冲程发动机的燃烧气缸和额外膨胀气缸通过气流传输管道连接，对五冲程发动机的性能至关重要。本文为探究气流传输管道几何结构是否对五冲程发动机性能影响较大，运用一维仿真和一三维耦合仿真方法进行对比分析，并结合流场进行解释。另外，为提升五冲程发动机的性能，在确定压缩比后，运用一种多目标仿生智能优化算法以动力性、燃油经济性和NOx排放为目标进行多目标优化，提升了优化效率和效果，其主要研究内容如下： (1)基于某企业的数据在GT-Power软件中对标搭建了四冲程发动机一维模型，并运用外国学者搭建五冲程发动机模型的方法，改进搭建了本文所建立的五冲程发动机一维模型。通过对比两种发动机的性能可以发现，五冲程发动机在维持四冲程发动机性能水平的同时，热效率有所提升。 (2)建立气流传输管道三维模型，利用STAR-CCM+软件和GT-Power软件进行一三维耦合分析，得到的性能仿真结果与一维仿真结果进行比较，发现两种仿真方式得到的结果差异在所有转速下均低于百分之五，差异较小，气流传输管道几何结构对五冲程发动机性能影响较小，一维仿真即可对五冲程发动机实现较好的模拟。 (3)介绍一种多目标仿生智能优化算法——改进多目标鲸鱼算法(ENSWOA)，它在多目标鲸鱼算法(NSWOA)的基础上增加TENT混沌映射、非线性收敛因子和惯性权重，克服了原算法容易进入局部最优区间和收敛速度慢的问题，并将其和NSGA-Ⅱ及NSWOA进行比较，结果表明改进后的算法优化效果更好。 (4)运用分步优化方法，在确定五冲程发动机的高压缸和低压缸压缩比后，选取某增程式汽车的三个工作点，运用ENSWOA以功率、有效燃油消耗率和NOx排放为目标,针对五冲程发动机的气门正时和空燃比进行多目标优化。结果表明，五冲程发动机在2000r/min时三个目标分别有了3.85%，1.5%和12.13%的改善，在2500r/min时三个目标分别有了1.53%，0.57%和11.11%的改善，而3000r/min优化效果不佳。 本文通过一维仿真和一三维耦合仿真对比发现，五冲程发动机一维模型可以对五冲程发动机性能实现较好模拟，并在此基础上应用一种改进的多目标智能优化方法实现了较好的性能优化。 |
| 作者： | 王思政 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 赖晨光;胡博 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆理工大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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