均匀设计法对螺旋进气道结构的优化.pdf

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1、第7期机械设计与制造2010年7月MachineryDesign&Manufacturel文章编号：1001—3997(2010)07—0001—03均匀设计法对螺旋进气道结构的优化刘天将陆文霞孙平缪岳川徐毅(江苏大学汽车与交通工程学院，镇江212013)(常柴股份有限公司，常州213002)OptimizationdesignofhelicalintakeportwithuniformdesigntechniquesLIUTian-jiang，LUWen—xia，SUNPing，MIAOYue—chuan2,XUYi(SchoolofAutomobileandTr

2、amcEngineering，JiangsuUniversity，Zhenjiang212013，China)(ChangchaiCo．，Ltd．，Changzhou213002，China)【摘要】以4L68柴油机螺旋进气道为几何模型，使用软件CATIA完成气道的三维实体造型与修改，用CFD软件FIRE完成稳流试验台中气道一气缸流动的三维数值模拟计算，应用均匀设计法对主要结构参数进行优化，结果表明均匀设计法对气道进行优化设计是可行的，只需少量计算即可求出优化结果，大大减少了计算工作量。关键词：螺旋进气道；CAD；CFD；均匀设计【Abstract】Thehelic

3、alintakeportof4L68dieselengineisinvestigatedgeometricalmode1．3一DmodelofthehelicalintakeportWaSdesignedandmodifiedbyCATIA．Themulti-dimensionalcomputeruiddynamics(CFD)SoftwareFIREwasemployedtosimulatetheflowstatusofport-valve—cylinderindifferentvalvelift．ThehelicalintakeportW(ISoptimized

4、by．nifodesigntechniques(UDT)．’SshownthatthestructureparametersofhelicalintakeportcanbeoptimizedbyusingUDTefficiently．Keywords：Helicalintakeport；Computeraideddesign(CAD)；Computerfluiddynamics(CFD)；Uniformdesigntechniques(UDT)中图分类号：TH16，TK41L3文献标识码：A1引言2．3平均流量系数(uo)在进行发动机性能研究过程中通常使用“一次试验

5、变动一个()=1f)d(3)因素”即单因素对比的研究方法，但发动机的性能好坏往往是由2．4速度比多个因素综合作用的结果。因此需要考虑到多个因素之间的交互旦作用，从系统的角度进行发动机性能的研究。而均匀设计法正是TrBno_：一——元—一：一—芝：一Q(4)从系统的角度研究多凶素影响的方法l】1。302气道性能评价参数式中：B一为气缸直径mm)；S一为发动机行程mm)。AVL方法假定进气只发生在上止．和下止点之间，并采用一3气道CAD／CFD标准的气fJYt-程表来计算平均流量系数和平均涡流比，因此所得3．1气道CAD平均涡流比和平均流量系数与实际的配气相位及气门升程

6、无关。以4L68柴油机实际进气道为原始模型，气道曲面造型的一2．1各气门升程下的涡流比Q般步骤是：采用德国GOM公司的ATOSⅡ对螺旋进气道进行数据扫描，得到的原始点云。在测量获得点云图的基础上以Im—式中：nD一叶片风速仪测得的转速(r／s)；n～假想发动机的转速。ageware为依托进行曲面重构，生成实体。在气道结构设计和改进2-2平均涡流比Rs上使用CAD软件CATIA，气道CAD几何模型，如图1所示。3．2气道CFDR=()J盟(C⋯)2da(2)n盯un乙m3．2．1几何模型的建立和网格划分式中：C、—分别为活塞瞬时速度和平均速度(m／s)。首先建立螺旋进

7、气道—气门—气缸三维模型，为确保气体为稳AVL方法也町使用=—D*n『-来定义各气门升程下的流量定流动，在气道进气口加一长方体稳压箱。网格划分六面体网格，在气系数。缸顶部进，亍局部细化，划分后总网格数为334621个。如图2所示。式中：Q一为气体质量流量(kg／s)；p一为气道出口和进口之间气3．2．2边界条件的确定体的密度(kg／m)；A一为气门座圈内截面面积mmz)；V。一(1)固定壁面边界为气门出口处气体流速(m／s)。模型壁面设为绝热无滑移、无渗透，采用湍流壁面函数对边★来稿日期：2009—09—162刘天将等：均匀设计法对螺旋进气道结构的优化第7期界层