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B15发动机进气系统设计及性能分析
| 论文题名： | B15发动机进气系统设计及性能分析 |
| 关键词： | B15发动机;进气系统;消声元件;耦合分析;数值模拟 |
| 摘要： | 近年来，随着经济的发展，汽车行业也发生了日新月异的变化。中国一跃成为世界上第一大汽车消费市场，年产销量连续几年的增幅均超过30％。用户对汽车持续增长的需求必然导致与整车及零部件相关的产业迅速发展。目前，对发动机的设计除了要达到汽车的动力性、经济性指标外，还需要满足其排放及噪声的要求，因此有必要对发动机的进排气系统进行深入的研究。进气系统主要包括进气歧管前的管路和进气歧管两部分，其中歧管前的管路起降低进气噪声的作用。如何合理的设计进气系统的元件，分析其综合性能，是目前工程项目中研究较多的课题。本文的主要工作就是通过数值模拟的方法，对进气系统进行设计和性能分析，综合评价B15发动机进气系统的优劣。 首先，本文介绍了可变气门正时与可变进气歧管技术的原理，在GT-Power软件中建立B15发动机模型，并利用试验数据完成模型的标定，使其误差不高于5％，以用于后续的仿真计算。为了设计进气系统的消声元件，对赫姆霍兹谐振腔、1/4波长管和空气滤清器的参数灵敏性进行计算分析，总结参数变化对消声性能的影响规律。详细阐述进气消声元件的设计流程和方法，提出具体的设计方案，并针对方案中某转速下个别阶次噪声高于目标值的问题，对消声元件进行优化。优化后的进气系统进气口噪声明显改善，压力损失不高于2.5kPa，符合目标值要求，优化效果良好。 其次，为了分析进气歧管的性能，本文提出3种方法：利用零维或一维模型做简化处理、利用CFD软件完成稳态或孤立瞬态的计算以及利用一维和三维软件进行耦合分析。通过比较3种方法的优劣，发现利用软件的耦合可以在计算过程中获得实时的边界条件，有较高的准确度。本文重点阐述利用GT-Power软件和STAR-CCM+软件进行耦合设置需要解决的关键问题，并在此基础上完成模型的计算。通过压力场结果分析表明：在发动机的运行过程中，利用三维软件获得的进气歧管各支管的工作状态与利用一维软件计算的结果一致。选取几个不同时刻下各支管进气状态的速度场进行分析，对进气歧管的结构提出适当减小管道弯曲程度的改进意见。 最后，为了更好的评价进气消声元件的优劣，利用GT-Power软件中耦合后的模型建立汽车加速行驶车外噪声仿真模型，计算得到进气系统的最大噪声值为61.8dB(A)，其对通过噪声的单独贡献率满足目标要求。 |
| 作者： | 朱美颖 |
| 专业： | 动力机械及工程 |
| 导师： | 侯献军 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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