本文關(guān)鍵詞：三角轉(zhuǎn)子氣動機(jī)工作過程的數(shù)值模擬研究

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【摘要】：現(xiàn)今社會保護(hù)環(huán)境、節(jié)約能源的全民意識在不斷上升,汽車尾氣排放的標(biāo)準(zhǔn)也日益嚴(yán)苛,使整個社會對超低排放發(fā)動機(jī)的需求不斷提升。氣動發(fā)動機(jī)是將壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的機(jī)械能,具有排放無污染、能源來源廣以及制造成本低等多個優(yōu)勢,具有很好的市場應(yīng)用前景。三角轉(zhuǎn)子氣動機(jī)作為氣動發(fā)動機(jī)的一種,具有質(zhì)量輕、體積小、運(yùn)行平穩(wěn)、噪音小、高速性能好等往復(fù)氣動機(jī)無法比擬的優(yōu)點(diǎn),使之在某些指定領(lǐng)域具有重要意義。因此,開展對轉(zhuǎn)子氣動機(jī)的研究就十分有意義。本文以FLUENT軟件為平臺,結(jié)合自定義的多個UDF模塊實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子和進(jìn)排氣口控制閥的動網(wǎng)格運(yùn)動,實(shí)現(xiàn)了整個轉(zhuǎn)子氣動機(jī)的動態(tài)模擬,分析了配氣相位、進(jìn)氣道方向、發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)對轉(zhuǎn)子氣動機(jī)性能的影響。相關(guān)結(jié)果為三角轉(zhuǎn)子氣動機(jī)工作性能的改善提供了初步的理論指導(dǎo)。本文的主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)如下:(1)對現(xiàn)有轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)進(jìn)行改造,通過利用FLUENT軟件的二次開發(fā)功能所編譯的多個UDF程序,實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)子和進(jìn)排氣閥轉(zhuǎn)動的動網(wǎng)格運(yùn)動。在此基礎(chǔ)上,選擇了合理的湍流模型和邊界條件,建立轉(zhuǎn)子氣動機(jī)的二維動態(tài)模擬模型,并將模擬結(jié)果與實(shí)驗結(jié)果進(jìn)行對比,驗證了模型的可行性。(2)通過數(shù)值模擬獲得了不同配氣相位時缸內(nèi)流場的變化情況,并分析了進(jìn)氣提前角、進(jìn)氣持續(xù)角、排氣提前角和排氣持續(xù)角對轉(zhuǎn)子氣動機(jī)的動力性和經(jīng)濟(jì)性的影響。結(jié)果表明:功率隨進(jìn)氣提前角呈先增大后減小趨勢,而耗氣率隨著進(jìn)氣提前角的增大而降低;功率隨進(jìn)氣持續(xù)角呈增大趨勢,耗氣率也隨著進(jìn)氣持續(xù)角的增大而增大;功率隨排氣提前角的滯后呈降低趨勢,而耗氣率隨著排氣提前角的滯后而增大;功率隨排氣持續(xù)角的增大而上升,而耗氣率隨著排氣持續(xù)角的增大呈先減小再升高趨勢。(3)基于正交法的極差分析對配氣相位進(jìn)行了優(yōu)化。結(jié)果表明,在針對轉(zhuǎn)子氣動機(jī)的動力性研究中,配氣相位四因素的影響程度從大到小依次是:進(jìn)氣持續(xù)角、排氣提前角、進(jìn)氣提前角和排氣持續(xù)角。對于其經(jīng)濟(jì)性,配氣相位角的影響程度依次是:排氣提前角、進(jìn)氣持續(xù)角、排氣持續(xù)角和進(jìn)氣提前角。對于有效功率,最佳的配氣相位角:進(jìn)氣提前角30o、進(jìn)氣持續(xù)角270o、排氣提前角15o、排氣持續(xù)角280o。對于耗氣率,最佳的配氣相位角:進(jìn)氣提前角45o、進(jìn)氣持續(xù)角210°、排氣提前角15°、排氣持續(xù)角260°。(4)基于優(yōu)化的配氣相位,設(shè)計了不同的工作室形狀進(jìn)行工作過程模擬,獲得了流場的結(jié)構(gòu)以及壓力場分布的變化情況,并得出了工作室形狀對動力性和經(jīng)濟(jì)性的影響。結(jié)果表明,工作室內(nèi)部的凹坑對缸內(nèi)流場分布影響較小,而凹坑的出現(xiàn)使耗氣率增大;斜入式轉(zhuǎn)子氣動機(jī)促進(jìn)了后部渦流的形成,繼而前部渦流受擠壓使渦流強(qiáng)度有所提高,動力性得到增強(qiáng)。進(jìn)排氣方向為直入或者斜入的時,無凹坑的轉(zhuǎn)子氣動機(jī)的耗氣率變化不大,而有凹坑的轉(zhuǎn)子氣動機(jī)的耗氣率變化較大。計算條件下,進(jìn)氣方向為斜入式,工作室內(nèi)部無凹坑時,三角轉(zhuǎn)子氣動機(jī)的性能最好。
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U464.178

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本文編號：1199636