本文關(guān)鍵詞：FSAE賽車(chē)內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

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【摘要】：合理的內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)能夠減少進(jìn)氣能量損失,保證內(nèi)燃機(jī)充氣效率,提高內(nèi)燃機(jī)升功率。而確定進(jìn)氣系統(tǒng)各元件結(jié)構(gòu)參數(shù),是進(jìn)氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。FSAE賽車(chē)進(jìn)氣系統(tǒng)一般由空氣濾清器、節(jié)氣門(mén)、限流閥、擴(kuò)散器、穩(wěn)壓腔及進(jìn)氣歧管組成。本文基于一維和三維數(shù)值模擬軟件GT-Power及FLUNET,對(duì)2015屆CQUFSAE(重慶大學(xué)FSAE)賽車(chē)內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),在充分考慮流體流動(dòng)特性的前提下,盡可能提高進(jìn)氣系統(tǒng)的充氣效率,減少流動(dòng)損失,以實(shí)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力性能最優(yōu)。本文主要研究了以下幾個(gè)方面:(1)首先,本文介紹了變長(zhǎng)度進(jìn)氣歧管技術(shù)及內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)數(shù)值仿真的發(fā)展現(xiàn)狀。明確了進(jìn)行進(jìn)氣系統(tǒng)數(shù)值仿真以實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)的目標(biāo)。(2)其次,本文引入了進(jìn)氣系統(tǒng)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)“容積效率”和“充氣效率”。分析了進(jìn)氣系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)效應(yīng):合理設(shè)計(jì)二級(jí)可變進(jìn)氣歧管長(zhǎng)度,可以有效利用動(dòng)態(tài)效應(yīng),提高內(nèi)燃機(jī)充氣效率。探討了進(jìn)氣系統(tǒng)中的沿程能量損失及局部能量損失,在進(jìn)氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量減少這些損失。詳細(xì)分析了2015屆FSC大賽的規(guī)則,初步完成內(nèi)燃機(jī)選型、進(jìn)氣形式確定、節(jié)氣門(mén)選型、限流閥選型以及擴(kuò)散器的布置,并確定賽車(chē)進(jìn)氣系統(tǒng)的安裝位置。(3)再次,本文詳細(xì)闡述了使用GT-Power軟件進(jìn)行內(nèi)燃機(jī)、進(jìn)排氣系統(tǒng)模型建立及參數(shù)設(shè)置的過(guò)程,并運(yùn)用內(nèi)燃機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)的數(shù)據(jù)驗(yàn)證了模型的正確性。探討了擴(kuò)散器布置形式對(duì)內(nèi)燃機(jī)功率、轉(zhuǎn)矩、充氣效率的影響,驗(yàn)證了擴(kuò)散器垂直布置的可靠性,并確定擴(kuò)散器最優(yōu)張角為8°。研究了進(jìn)氣歧管長(zhǎng)度變化對(duì)內(nèi)燃機(jī)性能的影響,確定二級(jí)可變進(jìn)氣歧管長(zhǎng)度分別為180mm及74mm,切換點(diǎn)為10000rpm,低轉(zhuǎn)速時(shí)使用長(zhǎng)進(jìn)氣歧管,高轉(zhuǎn)速時(shí)使用短進(jìn)氣歧管。分析了穩(wěn)壓腔容積變化對(duì)內(nèi)燃機(jī)功率、轉(zhuǎn)矩、充氣效率的影響,選定穩(wěn)壓腔容積為3L。確定限流閥頭部至頸部的長(zhǎng)度為15mm時(shí),有內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力最優(yōu)。(4)最后,本文介紹了CFD理論基礎(chǔ)及湍流模型的基本知識(shí),選用了標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型進(jìn)行進(jìn)氣系統(tǒng)流體三維仿真。使用CATIA建立了進(jìn)氣系統(tǒng)的流體三維模型,完成網(wǎng)格劃分,使用一維仿真計(jì)算結(jié)果設(shè)置三維流體邊界條件,完成求解器設(shè)置。以擴(kuò)散器倒角及進(jìn)氣歧管角度為變量,探討它們對(duì)進(jìn)氣系統(tǒng)內(nèi)流體流動(dòng)的影響。應(yīng)用FLUENT軟件對(duì)36個(gè)進(jìn)氣系統(tǒng)流體模型進(jìn)行了仿真分析,比較各模型進(jìn)氣歧管質(zhì)量流率,選取供氣均勻性最好的模型:擴(kuò)散器倒角為80mm,進(jìn)氣歧管角度為100°,并最終完成進(jìn)氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：U464.134.4

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1171982