K157发动机进气过程CFD数值模拟计算

论文摘要

汽油机进气道-气缸内部的气体瞬时流动状态十分复杂,目前,对其中一些气体的流动规律在本质上还没有清楚的认识,但是,进气过程中进入汽油机气缸内的空气量及其涡流强度对汽油机的性能和排放有着重要的影响。CFD三维数值模拟是研究汽油机进气过程气体流动状态的重要手段,根据其计算方法和计算机技术可以获取常规研究方法无法得到的大量参数信息,因此,本课题想通过CFD的特性对汽油机内部的流场进行研究。本文以中国轻骑集团的K157FM摩托车发动机为研究对象,对其进气过程中进气道-气缸内气体流动特性进行CFD三维数值计算。得到不同曲轴转角的速度、压力、湍动能场的分布情况。为以后相关结构的改进和设计再制造提供参考和理论指导。首先对研究的问题建立数学模型并应用法国达索公司的CATIA三维软件对流体区域进行造型,然后通过GAMBIT前处理器对建立的模型进行处理并进行CFD计算网格的划分然后输出合理的网格文件,最后在CFD流体软件FLUENT中导入网格文件和进行相关技术参数的设定,利用该软件的动态网格技术对气门和活塞的运动规律进行设置和定义,最终完成要研究问题的计算。对计算结果进行后处理得到形象、直观的图形使数据的内在意义得以充分体现,并对压力场、速度场、湍动能场的分布规律进行理论分析。从而为产品的设计和改进提供了理论依据,在学术和工程上具有重要的实用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.1.1 发动机进气道-气缸内气体流动CFD数值模拟的必要性
• 1.1.2 CFD进气道-气缸内气体流动三维数值模拟中的应用
• 1.1.3 CFD及其通用软件的发展概况
• 1.2 国内外发动机进气过程CFD数值模拟研究状况
• 1.2.1 国外研究状况
• 1.2.2 国内研究状况
• 1.3 课题研究的意义及主要内容
• 1.3.1 课题研究的意义
• 1.3.2 课题研究的主要内容
• 第二章 进气道-气缸内气体流动CFD模拟方法
• 2.1 引言
• 2.2 CFD求解过程
• 2.3 气体流动控制方程
• 2.3.1 质量守恒方程
• 2.3.2 动量守恒方程
• 2.3.3 能量守恒方程
• 2.3.4 补充方程
• 2.4 湍流的控制方程
• 2.5 CFD数值计算方法
• 2.5.1 离散时所使用的网格
• 2.5.2 常用的离散方法
• 2.5.3 常用的离散格式
• 2.6 边界条件
• 2.7 本章小节
• 第三章 进气道-气缸物理模型的建立和网格的划分
• 3.1 引言
• 3.2 物理模型的建立
• 3.3 GAMBIT的前期处理
• 3.4 网格的划分
• 3.4.1 结构网格生成技术
• 3.4.2 非结构网格生成技术
• 3.4.3 边界层网格
• 3.4.4 计算机辅助划分网格
• 3.5 各域网格的运动特性
• 3.6 本章小节
• 第四章 进气过程三维瞬态数值模拟分析
• 4.1 引言
• 4.2 FLUENT计算过程
• 4.3 进气道-气缸内矢量场流场分析
• 4.3.1 速度场分析
• 4.4 进气道—气缸内标量流场的分析
• 4.4.1 压力场分析
• 4.4.2 湍动能场分析
• 4.5 缸内气体质量变化曲线
• 4.6 本章小节
• 第五章 实验验证及本文总结
• 5.1 试验目的及试验仪器
• 5.2 试验方案设计
• 5.3 试验结果和计算结果对比
• 5.4 本章小节
• 总结及展望
• 本文总结
• 今后工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录1 作者在攻读硕士期间发表的论文
• 附录2 进气凸轮上升段理论计算升程与实际升程对照表
• 学位论文评阅及答辩情况表