双切向进气道进气评价参数计算修正及优化设计研究

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4、takePorts一级学科：动力工程及工程热物理学科专业：动力机械及工程作者姓名：廖方楼指导教师：徐玉梁副教授天津大学机械工程学院二零一五年五月中文摘要作为发动机进气系统的关键结构之一，进气道性能的好坏直接决定着发动机的动力性、经济性和排放性。近年来，计算流体动力学CFD技术在进气道开发设计中得到了广泛的应用，已然成为与气道稳流试验并重的气道性能评价手段。然而，针对当前气道稳态数值模拟计算精度低这一普遍存在的工程问题，至今尚未见公开发表的关于气道计算方法修正的研究成果。同时，传统的气道研究集中于性能的评价上

5、，对于近年来在柴油机中逐渐推广应用的双切向进气道的研究较少，尤其是针对新型的偏心倒角结构对于进气特性的影响，目前鲜有研究。本文以某国V柴油机开发为背景，针对气道稳态评价参数计算方法以及双切向进气道的优化设计开展了深入研究。首先，分析了导致传统气道计算方法精度低的主要因素，通过引入多孔介质模型对传统计算方法进行了修正。研究结果表明，新的计算方法可以有效地提高气道模拟计算精度，尤其是在涡流比的计算方面。针对传统气道评价参数平均值定义复杂繁琐且不统一的问题，提出了基于气门升程区间占整个进气行程比例的新的平均流量系

6、数、涡流比定义方法，该方法不仅简单明了，而且通过3组独立的气道试验数据验证了其与AVL平均值定义之间存在良好的对应关系。同时，对在研柴油机双切向进气道进行了初步设计，并利用气道稳流试验对初步设计的气道进行了性能评估；为进一步提高该气道进气涡流比，本文提出了基于新型偏心倒角结构的气道设计方法。为研究偏心倒角结构对于进气特性的影响规律，分析设计了25组不同偏心倒角匹配方案并进行了试验研究，研究结果表明偏心倒角对于进气流量系数无明显影响；当气门升程小于6mm时，偏心倒角可以显著提高进气涡流比，而当升程大于6mm时

7、偏心倒角对涡流比则无明显影响。鉴于稳态试验是单独对气道在各独立升程下进行试验，无法体现实际进气过程的连续性的不足，本文采用瞬态数值模拟方法研究了偏心倒角结构对于进气特性的影响随曲轴转角的变化规律，揭示了偏心倒角对于瞬态涡流比影响的累加效应。为验证该气道设计是否满足低速时的扭矩设计需求以及是否达到国V排放标准，试制了在研柴油机的第一代样机并利用发动机台架进行了性能测试，试验测得1000rpm时的扭矩为202N∙m，大于设计目标值200N∙m，而裸机的排放同样达到了相应的设计目标。关键词：多孔介质；平均流量系数

8、；平均涡流比；偏心倒角；稳流试验；瞬态涡流比IAbstractAsoneofthekeycomponentsofengineintakesystem,performanceofintakeportscanhavedirectimpactsonpower、economyandemissionofengine.Inrecentyears,computationalfluiddynamicshasbeenwidelya