C14DVVT汽油机进气歧管设计研究

中北大学 2017 届毕业设计说明书 油机进气歧管设计研究 。 摘 要 进气歧管 对发动机的动力性，发动机的噪音以及发动机的排放起着关键性的作用，是汽油机的重要零部件之一。 由于塑料进气歧管 具有轻量化 、 设计自由度大 等优点， 越来越多的受到了人们的关注和认可。 为了提高发动机的 动力性和经济性 ，改善发动机的性能， 降低发动机的输出噪音。 针对 的进气歧管进行设计研究。采用先进的计算机技术进行计算 和 分析。先 根据经验公式和给定的发动机参数对进气岐管的结构尺寸进行大概计算，然后 通过 ， 再 导出进气歧 管内部气流的计算域 ， 最后利用 用商业化 最终 完成进气歧管的设计。 关键词： 进气歧管， ， 中北大学 2017 届毕业设计说明书 14ir in to of of 14to to D of FD of of ,北大学 2017 届毕业设计说明书 第 页 共 目录 第一章 绪论 . 1 言 . 1 气歧管综述 . 1 气歧管的影响因素 . 1 油机进气歧管的组成以及分类 . 2 油机 进气歧管的发展 现状 及趋势 . 3 气歧管发展历程现状 . 3 料进气歧管 在当今社会中 的 发展 优势 . 4 料进气歧管的材料及产品要求 . 5 料进气歧管 的 制造工艺 . 6 料进气岐管在中国的发展情况以及潜在市场 . 6 课题主要研究内容以及研究意义 . 7 第二章 汽油机进气歧管结构尺寸的设计 . 8 计所进气岐管所遵循的一般性原则 . 8 定进气岐管的初始参数 . 9 . 9 . 9 . 9 . 14 关传感器的分析研究 . 14 油供给系统的分析研究 . 15 气净化装置对进气岐管的影响 . 15 空助力器对进气歧管的影响 . 15 气歧管的三维建模 . 14 维软件 . 14 模 . 15 第三章 进气歧管流动分析及设计研究 . 21 中北大学 2017 届毕业设计说明书 第 页 共 流体动力学控制方程分析 . 10 量守恒方程 . 10 量守恒 (方程 . 11 量 守恒 方程 . 11 气岐管的沿程能量损失 . 12 气岐管的局部能量损失 . 12 气歧管曲率半径对能量损失的影响 . 13 流流动方程 . 14 . 21 件简述 . 21 行分析计算 . 22 分 网格 . 23 算参数设置 . 25 果分析 . 31 出改进意见 . 35 第四章 全文总结 . 36 参考文献 . 37 致 谢 . 40 中北大学 2017 届毕业设计说明书 第 页 共 第一章 绪论 言 汽车被称作是改变世界的机器，自从 进入 21世纪以来，我国汽车产业发展 十分迅速 ，形成了多品种、 多 系列的各类整车 以及 零部件生产及配套体系，产业集中度不断 的 提高，产品技术水平明显提升， 随着人们生活水平的日益提高，汽车越来越多的进入普通的百姓家中 。汽车产业是国民经济的支柱产业，产业链长、就业面广、消费拉动大，在国民经济和社会发展中 起 着 关键性的 作用 1。发动机作为汽车的心脏，为车辆提供动力，在整车上扮演着 十分重要 的角色 2。 伴随着社会主义现代化的飞速发展，工业化程度的急剧加快， 环境 的 污染 越来越 严重， 资源面临 着严重的不足。汽车的尾气污染给环境也造成了很大的影响，因此降低 汽车发动机 尾气排放也 一直是政府和专业人士的 奋斗 目标 3。 所以 ，提高 发动机的 燃油经济性就成为目前内燃机工作者的 奋斗目标 。 汽油机 发动机在工作过程中需要一套 完整的进 气系统来为气缸提供稳定的新鲜 空气 ，其进气系统由空气滤清器、进气歧管、空气滤清器与进气管的连接管、缸盖进气道等组成。 缸内 气体流动 较 复杂，并具有三维、不定常流动和流动湍流性强等特点。进气系统的优劣在很大程度上影响了发动机的动力性、经济性和排放性等性能指针 4。 发动机进气歧管的 结构 尺寸 和 布 置 方式 等对进气阻力、进气均匀性 有着十分重要的影响，进而影响发动机的动力性、经济性和排放特性 5。在现代发动机的研发中，提供足够的新鲜空气对发动机的性能指 标起着关键性的作用 ， 因此 进气歧管的设计变得十分重要 6。 气歧管综述 气歧管的影响因素 进气歧管是一个组件，同时也是其它管路和较小附件的一个支撑体 7。 前面接进气管，后面接进气道。它的作用是将混合气体平稳并且均匀地送到各个气缸内，与进气管，进气道一起构成了完整的进气系统。进气岐管 起到引导空气流向的作用 。 进气 岐管对 发动机 的充气效率和 动力性能 有非常大的影响 。通过进气歧管的总成系统来调节 空气的摄入量的多少，进而满足燃油的经济性。从进气阻力方面讲管道中的压力降与管道直径的四次方成正比，管径越大其阻力越小。但是从其进气的波动效应来看管径小可以增大其波动效应。管长决定了进气系统中压力液的挡位，同时还影响波动效中北大学 2017 届毕业设计说明书 第 页 共 应传到气门的时间。 进气歧管设计的好坏对发动机的输出功率和扭矩有着直接影响。 另外进气岐管可以合理控制发动机的排挡放。 进气歧管有一个促进 气、曲轴箱通风系统混合气与空气的混合作用，保证进气的均匀。而且对于非增压发 动机，它还是一个真空源，为真空系统零件提供真空的作用 8,9。 油机进气歧管的组成以及分类 进气歧管 给 发动机电喷系统主要传感器和执行器提供结构支撑，喷油器、油轨、进气压力传感器、温度传感器、碳罐、节气门体、可变进气阀、怠速控制、刹车助力等均安装在进气歧管上，使得进气歧管结构很复杂 10。 汽油机的配置不同。其要求的进气岐管结构也不同，布置形式也有差别。目前 汽油机进气歧管 可 分为自然吸气式和增压式两类，。 图 1中北大学 2017 届毕业设计说明书 第 页 共 图 1 油机 进气歧管的发展现状 及趋势 气歧管发展历程现状 进气岐管是发动机的重要组成部分，良好的进气岐管可以对汽油机的动力性，经济性以及排放性有非常大的促进作用。而人们对进气岐管的研究也经历了漫长的岁月。最开始 进气歧管 采用的 是铸件，由于进气歧管结构 比较 复杂， 而传统的铸件都 采用金属模砂型铸造， 对于进气岐管不能够满足其 表面 光滑 、质量 小等特点。 另外金属进气歧管设计制造工艺越来越复杂，成品率很难保证 11。 后来渐渐的被复合材料，铝合金材 料等所代替 ， 有效的满足了其质量轻，内壁光滑，减少阻力等特点，也增加了进气效率。 随着欧排放标准的临近， 社会经济的逐渐发展。对 进气歧管 的 要求 越来越高。要求有 配备电控可变进气阀等复杂的内部控制机构，为了 进一步满足进气岐管的发展要求。让发动机的动力性，经济性以及排放性得到进一步的提高 ， 一些发达的 的汽车 工业国家 率先采用尼龙制造进气歧管，随后美国、韩国 等发达国家 相继开发塑料进气歧管 12。 至此塑料成为进气岐管比较理想的材料。不仅质量轻。内部光滑，而且阻力小。生产成本较低。 我国的塑料进气岐管发展比较曲折，早 从 20世纪 90 年代初 我国就开始摄入研究 ，开始先是从国外 一些合资汽车企业引入 先进的技术至 国内。在这 个过程中 ， 进气岐管的核心技术由外资方控制，进口成本 特别 高 ， 塑料进气歧管作为发动机的重要部件， 在我中北大学 2017 届毕业设计说明书 第 页 共 国的发展受到了很大的阻力。后来慢慢的 一些外资企业 零部件生产商陆续 在 我国 国内生产 进气岐管 。 使我国有了很大的机会对塑料进气岐管的接触以至有了更大更深的了解。在此阶段 过程中 ，外资企业将其在国外的塑料进气歧管生产线 以及生产技术 及全套模具转入到国内， 然后 利用 我国 国内廉价的 生产 劳动力 大批量的生产进气岐管 ， 在利益的驱动下 为其在 我国 国内的合资厂提供配套的塑料进气歧管，而塑料进气歧管的设计研发工作仍在国外。 所以一些真正的制造技术我们仍然没有接触到核心。进步较为缓慢。慢慢的跟着国外企业的生产和长期的探索中， 国内汽车制造技术的 也在不断提高 ，一些国内企业开始了塑料进气歧管的研制和开发工作。 塑料进气歧管 技术含量比较高， ，其中包含了很多发动机方面的关键技术。 国内汽车企业尚且不能自制。 都不具备 完全的 设计和生产发动机的技术能力，因此只能仿制一些已经过时的塑料进气歧管， 导致技术水平十分的落后，远远不能够实现塑料进气岐管的功能。 难以满足发动机的工作要求 的问题 13,14。 料进气歧管 在当今社会中 的 发展 优势 汽车轻量化是汽车工业发展的方向之一，也是我国汽车企业和国家科学技术进步的重要标志。为了能够快速的满足汽车企业的发展和人们的需求，塑料进气岐管逐渐成为当今进气岐管的发展方向。其 要求非常苛刻，目前只有少数几个国家掌握该项技术。但是由于塑料进气歧管的成本较低，质量较轻 ， 内壁光滑，可改进气体流动性，提高进气流量和效率，隔热效果好 等 诸多的 优点，国内的主机厂、配套制造方对这方面技术表示相当的关注，预测未来的中国市场在塑料进气歧管方面将有很大 的发展空间 15。塑料进气歧管 其具体优势具有以下几个方面 ： (1)轻量化 ； 与铝制进气歧管相比， 塑料进气岐管一般采用尼龙材料。其管壁厚度一般为 3铝合金进气岐管管壁一般大于 4 质量降低 约为 50 左右 。 (2)动力性提高；由于塑料进气岐管的内壁光滑，有利于提高充气效率和充气量，比铝合金做的进气岐管的发动机动力性可提高 3%到 5%. (3)制造 成本 低； 塑料 进气岐管能够一次性合成且合格率高。 材质的产品其成本低于铝质产品，生产方式采用注塑成型、振动摩擦焊接的工艺，具有成型工序少、提高生产效率、节省加工 时间、降低装配时间的特点。 (4)排放性和经济性；， 燃油燃烧 更加充分 。塑料进气歧管的导热性 比 铝进气歧管低，使气体受热膨胀率降低，提高了气体的密度， 经济性能就得到了提高。 气体进入燃中北大学 2017 届毕业设计说明书 第 页 共 烧室的温度降低，这不仅改善了热起动性，提高发动机的效率和扭矩，同时冷启动时可以一定程度避免管内热量散失，加快提高气体温度改善了发动机的性能，减少废气排放。 （ 5） 降低噪声 ； 塑料进气歧管普遍采用的材料尼龙 (成。能够有效的 减振消声和 并提高其 耐磨性。 满足现代城市的生活文明。 （ 6）环保；塑料进气歧管的内壁光滑、 进气流畅，可以使得燃料得以充分燃烧，废气的产生可以下降，减少有害废气排放；同时由于生产工艺不同，在产品生产过程中减少对环境的污染 ;另外 :塑料废旧部件能回收再利用。 料进气歧管的材料及产品要求 由于 汽车企业 周边环境条件的影响 所致，塑料在汽车行业的发展比较缓慢 ， 特别是 发动机周边的温差 比较大。 当汽车行驶过后停车的瞬间，其最高温度要在 140以上。因此， 为了保证发动机的正常使用寿命和汽车良好的使用性能。 塑料进气歧管件 材料 一般必须 满足 下列 条件 16： (1)耐高温， 对于进气岐管的材料选择，由于 塑料进 气歧管与发动机缸盖直接连接，发动机缸盖温度 一般在 130 150 之间 。因此， 进气岐管的材料通常要求能够至少耐180 及以上的高温，通常采用尼龙制成。 (2)尺寸稳定性，进气歧管与发动机的连接尺寸公 差必须 严格 要求 ， 因为 歧管上各传感器、执行器等安装 要 很准确 ， 所以要求岐管的材料必须具有尺寸稳定性。 (3)强度 要大 ， 汽车作为一种交通运输工具，在使用过程中 除了要承受道路上飞沙的冲击 敲打外 ， 还 要承受汽车 在运输过程中 发动机 的 振动 和 负荷 起到支撑作用，以及 节气门和传感器惯性力负荷 作用和 进气压力脉动负荷 作用 等， 对强度要求比较高。并且还能 保证在发动机发生异常回火时不被高压脉动压力爆破。 (4)良好的 化学稳定性， 由于 塑料进气歧管在工作时直接接触 油类物质 和防冻冷却液 等腐蚀性物质直接接触接触 ，汽油是很强的溶剂，冷却液中的乙二醇也会对塑料性能产生 较大的化学 影响。因此，塑料进气歧管材料要耐各种介质的腐蚀，即汽油、柴油、润滑油、长效冷冻液、制动液、蓄电池液、洗涤液、油中的各种添加剂、醇类、高温水及融雪剂的侵蚀 。 良好的化学稳定讯能有利于延长进气岐管的寿命，确保进气岐管在发动机中使用时各项性能能够发挥作用。 (5)良好的 熔融流动性、成型性能，因为这些部件大多采用注塑成型，有的部件结构非常复杂，因此树脂必须要有良好的流动性，否则难以成型。目前普遍采用的材料为中北大学 2017 届毕业设计说明书 第 页 共 尼龙 5 35的玻纤的增强塑料。尼龙的 优点 是耐高温、化学稳定性好，但是 是收缩率比较大， 耐腐蚀性能也不太好。并且容易吸水。吸水后的强度有所降低。因此需加玻纤，减小收缩率。内部含冷却水道的歧管材料需采用专用抗乙二醇尼龙配方。塑料进气歧管材料一直在发展中， 尽管各国一直在致力于研究开发中，但是 目前为止尼龙还是最佳 的进气岐管的 选择 材料 17。 料进气歧管 的 制造工艺 塑料进气歧管 在具备了其自身的优势之时，其 制造工艺 方法也比较多，每一种方法出来的效果也有差别。目前 主要有熔芯法、振动摩擦焊、热板焊。最近还出现了高温诱导焊和热电阻焊。 熔芯注塑技术是应用最早、最成熟的塑料进气歧管生产工艺 。 其优点是设计出来的进气歧管的内壁完整光滑，气体的流动性 能较好， 一次注塑成型，进气歧管的气密性好，机械性能良好和 成品率高 。 缺点是在金属芯核的铸芯和熔芯过程中， 了 消耗大量的电能，因而 成本较高，不利于节约能源。 振动摩擦焊接技术 是 利用在两个待焊工件接触面所产生的摩擦热能来使 塑料熔化，热能来自一定压力下，一个工件在另一个表面以一定的位移或振幅往复的移动，一旦达到预期的焊接程度，振动就会停止，同时仍旧会有一定的压力施加于两个工件上，使刚刚焊接好的部分冷却、固化，从而形成紧密地结合。 因其原理的特殊性，所以与熔芯注塑法相比较其 生产效率高、成本低。 但是其 焊缝处的强度 较 低、外观不 太 好、气体流动性相对较差。 热板焊 由于 对工艺要求很高，应用 面较为狭窄 。 经过综合考虑， 目前国际上塑料进气歧管最成熟的生产工艺是多片振动摩擦焊，生产效率高且成本低 18,19。 已经大力投入使用。 料进气岐 管在中国的发展情况以及潜在市场 进气岐管一直以来作为发动机的关键性零部件受到了国内外专家学者的研究，新的排放标准要求发动机进气岐管必须配备电控可变进气阀等复杂的内部控制，使塑料成为发动机进气岐管最佳的优选材料。 中国一汽集团与 004 年用于红旗轿车。这是我国首次开发成功的第一个工业化塑料进气岐管。 另外重庆宗申汽车进气系统有限公司一直致力于汽车进气岐管的研制和开发 ，其中一部分中北大学 2017 届毕业设计说明书 第 页 共 销往国外，另一部分则针对国内微车需要专门开发的。在国内一些整车企业开 始试用该塑料进气岐管，吉利汽车远景商务轿车在国内率先试用塑料进气岐管，也代表了吉利目前最高的国内研发设计水平。随后的五菱鸿途搭载上海通用五菱 B 系列发动机、菲亚特 派力奥等都采用了塑料进气岐管。 中国的汽车发展已经进入高速的增长阶段，市场竞争也越来越激烈，减少汽车制造的成本是越来越多的企业关注的核心和焦点，新材料新工艺越来越受到重视，塑料进气岐管的需求量也会随着汽车的年产量的增加而增加，其市场前景非常大。从 2010 年开始汽车平均年增长率 10% 15%左右，产品的轻量化和原料的国产化、高性能化是中国汽车努力的方 向，为早日把质量、性能和档次上升一个新的台阶而努力。目前我国的塑料进气岐管生产研发主要集中在上海，宁波，京津唐地区。东北黑龙江等地区。伴随着塑料进气岐管技术的成熟，塑料进气岐管在中国的发展具有很大的潜在市场。 课题主要研究内容以及研究意义 本课题 主要是 对 用先进的进气歧管设计方法， 首先利用 三维软件 后再以 后将导出来的计算域导入 到 商业化 网格的生成工作。运用 的网格生成工具生成进气歧管计算网格。建立进气歧管内气体流动的守恒方程、选用合适的数值计算方法、对气体流动进行数值模拟分析运算。监控各进气管道的质量流量、压力分布、气流速度等参数，分析各管道的进气分配均匀性和流动阻力分布，找出进气歧管设计的不合理之处， 最后其具体内容表现为以下几个方面： 出改进意见。 通过对进气岐管的研究分析，有利于提高 发动机的动力性，经济性和排放性。对我国汽车的发展能够起到十分大的促进作用，让汽车更好、更安全的服务于人类社会。 中北大学 2017 届毕业设计说明书 第 页 共 第二章 汽油机进气歧管结构尺寸的设计 计进气岐管所遵循的一般性原则 为了保证 进气歧管各缸的进气均匀性 ， 一般采用等长度设计原则，即每个气道的中心型线的长度保持相等， 但是由于布置形式等众多因素的影响使得进气岐管的长度不一。而长度则是影响进气岐管的关键性之一，所以在设计时应该尽可能保证进气管长度近似相等。另外 气道截面积大小，稳压舱体积大小。 也会影响进气岐管的性能。通常 略微减小 岐管的 直径，能够提高发动机中等转速的性能 。 由于 以上 这几个参数一般是模拟计算结果 的 输入， 所以在设计和 建模 时 就 应该 保证这几个参数的正确性，不 轻易进行更 改 20。 定进气岐管的初始参数 汽油机进气系统通常装在发动机的前端，由空气滤清器，进气道和进气岐管等组成。其进气岐管的结构形式取决于燃油供给系统，由于电控燃油多点喷射不会直接的影响混合气的形成，特别是在变工时燃油出现的滞后现象。成为现在主流的供油方式。 在开始进行进气歧管设计时， 首先明确 必须有的几个参数：气道长度 L，气道 出口 截面积大小流阀体入 口截面直径 1以及 稳压腔 的 体积 V， 并且分析这些参数的变化对发动机功率，扭矩以及油耗等的影响。其他的通过参考分析得到。进气岐管平面结构图如下图 2 进气歧管的结构参数示意图 图 2北大学 2017 届毕业设计说明书 第 页 共 压腔容积 的选定 考虑到歧管在发动机及整车上的布置， 为了 充分利用塑料件成型容易、设计自由度大等优点，一般取 0 8 1 2倍的发动机排量之间 21。 由于 此次设计的 所以 稳压腔容积 量的 口直径 2为 70 本次采用的是 塑料进气歧管 ， 稳压腔容积 影响谐振效率，它 不仅可以利用谐振效应提高充气效率，还可以使稳压腔内的压力环境相对稳定，消除各缸进气干扰，为进气动力效应提供良好的条件，同时可改善 各缸的进气均匀性 ， 对非增压发动机也具有谐振进气的作用。 定进气 歧管的长度 由于发动机的型号不同，其参数也不一样。对 每一款发动机 所匹配的参数下都 存在一 个 最 合适的岐 管长， 歧管长度影响进气效率，根据压力波动态效应，理论最佳的充气效率所对应的转速与气门发出的第一个疏波到反射回压缩波的时间有关。在 发动机某一转速区域内，进气过程中 所 产生正向压力波使得迸气过程结束时气门处的压力 刚好 高于正常的进气压力，进气量 比较充足 。 在 塑料进气歧管 其 型腔设计中，应充分考虑进气波动效应，使气流在发动机最大扭矩点转速附近能 够 产生一次增压反射，以获得较好的惯性增压效果。 进气岐管 长度受发动机在整车上安装空间 位置等因素 的限制，还应兼顾其对进气流量和歧管模具制作难度带来的影响。 经过综合考虑 此次 进气 歧管长度 400 进气歧管长度 不仅 影响充气效率， 也影响动力进气效应。 在进气歧管型腔优化计算中，需 要 将进气歧管 的 长度作为目标参数进行优化。 经过 查阅专业 的相关 资料得知 ， 随着歧管长度的增加，充气效率的峰值向低速区域偏移， 而 中、低速区域的充气效率和扭矩 在逐渐 增大，并且高速区油耗增大； 当 岐管长度 变 短，高速区功率、扭矩越大，同时油耗降低， 但是中、低速区域 的 扭矩下降 幅度较快 22。 定进气歧管的直径 经过大量 查阅 相关的 资料得知 ： 进气歧管的管径 应该 根据管道摩擦 效应 和波动效应综合 来选取。从 管道 摩擦影响的角度来 分析 ，由于管道中的压力降与管径四次方的倒数成正 比例关系 ， 所以为了能够使压力降小点， 因此 应该增 大 管径 23； 但是 从波动效果 角度 来看， 为了 增大波动的幅度则希望管径小以 些，两者相互影响成为互斥的。为了能够进一步选取一个合适的值，现用公式法进行分析如下所示。 中北大学 2017 届毕业设计说明书 第 页 共 从 摩擦 角度分析： 小 估算公式： 5/2 1） 上 式中： d 缸 的 直径， 单位： 单位： 转速， 单位：r 根据大量的实验数据。 能够 产生最佳 的 波动效果的谐振管 的 管径计算公式， 如下 ： 921（ 3 2） 式中： 容积； 为了能够充分 利于进气歧管内油膜的蒸发 ， 所以进气岐管的 断面表面面积 应该 大点。鉴于此大部分 发动机 的 进气歧管 采用 用方形 形状制作 ，从铸造工艺上考虑，方形 的铸造 比圆形 也 更简单。但是从单片塑料进气歧管的注塑工艺 的角度来 考虑，半圆形断面更有利于油膜的蒸发， 又 因 为 圆形断面 比 半圆形断面 和方形断面的 气流的阻力小， 使得进气管道不易形成油膜， 所以经过综合考虑 为了得到更高的气流速度 也利于 油膜的 蒸发 ， 此次 发动机塑料进气歧管 最终 采用圆形断面 24,25。综合考虑此次管径采用方形。 在本次 设计过程中兼顾 了 功率和扭矩的同时，初选管径约取 过查阅资料， 应注意 进气 歧管与发动机缸盖 进 气道的结合以及歧管 所 在稳压腔上的布置 形式 26。长50为 22道的间距 应该相等，即 L 1=L 2=0 流体动力学控制方程分析 量守恒方程 首先用质量守恒 定律来分析进气歧管的流动性，对于 任何 一个关于 流动 性的 问题都 应该 满足质量守恒定律。 进气歧管作为发动机的关键性部件，是气体流动的重要管道。最终把气体均匀地分配给各个 气缸。在进气岐管中，质量守恒 定律可以 简单 表述为： 在 单位时间内 。 从选取的一段岐管内（控制体）气体质量的减少量等于从该段岐管控制体净流出的气体质量 。 即流体的连续性方程。公式如下 2 1所示 中北大学 2017 届毕业设计说明书 第 页 共 0 (2引入矢量符号 : (2将 式 (2成 向量形式 : 0u 在式 (2 (2 ,为密度 ;t 为时间 ;u、 v和 度矢量 u在 x、 y和 z 方向上的分量。 量守恒 (程 )方程 动量守恒定律是任何流动系统都必须 遵循 满足的基本定律 之一 。该定律可表述为：在 微元体中 ， 流体的动量对时间的变化率等于作用在该 段 微元体上的各种力之和。该定律就是牛顿第二定律 的另外一种形式 。 根据 这一定律，可导出 x、 y 和 z 方向的动量守恒方程： （ 2 （ 2 （ 2 式 (2 流体中的 动量守恒方程，简称动量方程，也称作运动方程， 量 守恒 方程 能量方程守恒定律 也称为 热力学第一定律。是 流体力学 系统必须满足的 一个 基本定律。该定律可简单表述为： 在 微元体中 ， 能量的增加率等于进入微元体的净热流量加上体力与面力对微元体所做的功。 中北大学 2017 届毕业设计说明书 第 页 共 假设岐管内单位质量的流体质点某一时刻的速度 v ，经过 知这段外力做的功的关系 22 （ 2 假定管内为不可压缩定常流动，选取一个控制体， v 1 和 v 2 分别是进气岐管控制体进出截面的速度， 别为气体流入和流出截面的的压强。根据不可压缩流体的伯努利方程则有 212222211121 122 （ 2 从上式中可以看出，对于管内流动的气体，流体内切向应力所做的摩擦功消耗流体的机械能，并且转化为内能。为克服粘性阻力，其机械能是逐渐减少的，总水头也是逐渐减少的。其由于在管内部。气流质量变化较小。因此气体流动过程中的位能可忽略不计。若截面积大小 2。则有 222111 ，根据牛顿摩擦定律 ，即速度梯度越大，切应力越大，粘性力所做的功越多。 气岐管沿程能量的损失 在缓变过程中沿程损失的大小与流动状态有很大的关系，根据雷诺试验得出，在层流中沿程损失流中与平均速度的 如下公式所表示 2 （ 2 从上式中，管道越长，直径越小其损失的能量越多。因此对于进气岐管来说，直径在合适的范围内直径应该尽量大点。岐管的长度应该尽可能小点。 气岐管局部能量的损失 在发动机中，由于管道较短，而塑料的管壁比较光滑，所以沿程损失都很小，局部损失成为最主要的损失，由一系列的局部阻力叠加而成，主要与进气岐管的曲率半径，截面变化以及雷诺数有关系，在管中，通常用下式表示 2 （ 2 中北大学 2017 届毕业设计说明书 第 页 共 最后根据经验数据以及大量的实验证明总结了进气歧管能量损失分布大约如下表所示 进气歧管能量损失分布 表 2生能量损失的位置以及内容 能量损失所占的百分比（ %） 摩擦损失 12% 进气总管入口 2% 节气门连接处 2% 节气门体 9% 稳压器入口 4% 进气岐管入口 52% 岐管弯曲部位 18% 气岐管的曲率半径对能量损失的影响 在进气 岐管弯道处流速处，由切应力产生的沿程损失和漩涡产生的损失。在弯道处。内测流速大，外侧流速小，根据牛顿第二定律可得出曲率半径与流线上的速度 2 上式中 此可见。在弯道流速的主法线上，随着曲率半径的减小，速度在增加，所以弯道处内测速度高，外侧速度。在法线方向上截面速度分布梯度大，能量损失也大，截面的有 效利用率相对来说较低。进气岐管弯曲处压力损失公式可表示为如下 （ 2所示。 22v （ 2 由上面分析得知，岐管的弯曲会减少压力波，有失可能也会发生波的反射。因此在此次的设计过程中应该让轴线曲率半径小点，并且保持岐管圆滑过渡。 气岐管截面积变化引起的能量损失 进气岐管截面积变化引起的能量损失主要在进气岐管的进出口，截面 面积的突然减小和逐渐减小这几种方式。在进气岐管的型腔设计时，对于进气岐管的管道进出口，应该尽可能的加大稳压器与各岐管入口之间的圆角。以减小局部阻力损失。对于截面积逐中北大学 2017 届毕业设计说明书 第 页 共 渐减小的管道。不会出现流线脱离壁面等问题。当收缩角越小时，截面积变化越不明显。在岐管的设计过程中，截面积应该圆滑过渡。对于截面积突然减小的管道，流体从大直径管道流经小直径管道时，流线出现弯曲，流速必定收缩。流体是沿着突然减小的管道流动时是先收缩后扩展的。其能量损失主要由以下两部分组成。 22222 （ 2 通过分析可知，管道截面突然减小引起的能量损失较大，致使截面能量有效利用率降低。在设计时应该尽可能的避免截面面积突然减小这种现象。 流流动方程 结合进气管内流比不大的特点，对进气岐管湍流模拟，拟采用 - 双方程来模拟管内的湍流。计算稳定性高，计算资源要求和花费低等优点。在近壁面区采用标准壁面函数。 湍 流动能输运方程（ 方程） （ 2 涡流耗散率输运方程（ 方程） 213132- 2 联立以上两个方程组即可得到封闭的控制方程组。 管的结构功能分析 汽油机的 进气岐管除了输送混合气的输送和分配之外，还为执行器、部分传感器，油管，水管等附属结构提供安装位置，当今大多数的电喷系统传感器都安装在进气岐管上。例如水温传感器、节温体、刹车助力、喷油器、油轨等都安装在进气岐管上面。因此对其结构功能分析显得十分重要。 关传感器的分析研究 通