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基于数值模拟的FSCC赛车内燃机进气系统优化设计研究
| 论文题名： | 基于数值模拟的FSCC赛车内燃机进气系统优化设计研究 |
| 关键词： | 赛车内燃机;进气系统;限流阀;流体流动特性 |
| 摘要： | FSCC赛事规定，自然吸气式内燃机必须在节气门和内燃机之间安装一个截面为圆环形的限流阀，以达到限制功率的目的。进气系统作为内燃机的动脉，它结构参数的改变会对内燃机的充气效率、进气阻力及各个歧管的出口质量流量会造成直接影响，从而影响内燃机动力性、排放性。因此在进气限流情况下，进气系统结构的设计和优化显得格外重要。 针对我校在FSCC比赛中赛车出现动力性不稳定的情况，本文将对FSCC车用内燃机CBR600的进气系统进行结构设计及数值仿真优化设计研究。 首先在了解国内外进气系统在进气限流研现状基础上，分析了进气系统流体流动特性。结合赛车整体布局，依据进气系统动态效应及能量损失，对进气系统结构参数进行初选。 其次利用GT—POWER建立内燃机整机一维仿真模型并结合台架实验完成了模型验证，对进气弯管曲率半径、进气歧管长度及稳压腔容积对内燃机动力性能和充气性能的影响规律进行了分析，完成了进气系统主要结构参数的基本确定。 在此基础上，建立包括限流阀、进气弯管、稳压腔及进气歧管的进气系统三维模型并进行三维数值仿真分析，获得不同渐扩角和渐缩角的限流阀的压力云图和速度矢量图；在确定限流阀最优结构参数的条件下，对采用不同结构形式稳压腔的进气系统进行模拟分析，对比分析其进气歧管的进出口质量流量，确定最优稳压腔结构形式；利用UDF对最优的进气系统进行瞬态模拟仿真，验证该进气系统模型的合理性。 基于上述研究，确定了FSCC车用内燃机CBR600的进气系统限流阀的主要结构参数、进气弯管曲率半径及进气歧管长度和稳压腔容积、结构形式，最后完成了进气系统的3D实体打印与整机装配和路试试验。试验结果表明，内燃机的功率和扭矩较本校2020届均提高3%~6%。 |
| 作者： | 张宇 |
| 专业： | 动力工程及工程热物理 |
| 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： | 2022 |
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