开题报告-基于CFD的汽油机进气歧管设计研究.doc

中 北 大 学毕业设计开题报告学 生 姓 名：学 号：学 院：机械与动力工程学院专 业：车辆工程设计题目：基于CFD的汽油机进气歧管设计研究指导教师:2017 年 3 月 10 日开题报告填写要求1开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师审查后生效；2开题报告内容必须用按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；3文中应用参考文献处应标出文献序号，文后“参考文献”的书写，应按照国标GB 771487文后参考文献著录规则的要求书写，不能有随意性；4学生的“学号”要写全号（如0201140102,为10位数），不能只写最后2位或1位数字；5. 有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 740894数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2004年3月15日”或“2004-03-15”；6. 指导教师意见用黑墨水笔工整书写，不得随便涂改或潦草书写。毕 业 设 计 开 题 报 告1选题依据：1.1选题依据汽车产业是国民经济重要的支柱产业，产业链长、关联度高、就业面广、消费拉动大，在国民经济和社会发展中发挥着重要作用1。进入21世纪以来，我国汽车产业高速发展，形成了多品种、全系列的各类整车和零部件生产及配套体系，产业集中度不断提高，产品技术水平明显提升，已经成为世界第一大汽车消费国和第二大汽车生产国。发动机作为汽车的心脏，为车辆提供动力，在整车上扮演着不可或缺的角色2。由于环境污染日益严重，能源危机愈演愈烈，因而汽车使用低污染节能发动机一直是政府和专业人士的目标3。因此，降低发动机的排放、提高其燃油经济性也就成为目前内燃机工作者的当务之急。发动机在工作过程中需要一套进气系统来为气缸提供稳定的新鲜充量，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。发动机中的气体流动十分复杂，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。发动机进气歧管的尺寸、形状和布置等对进气阻力、进气均匀性以及充气效率影响非常大，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有着重要的影响，因而进气歧管的设计变得十分重要6。通过对流体力学等专业课程的学习，根据发动机进气系统的工作原理，结合进气歧管的国内外发展现状，本次选择基于CFD的汽油机进气歧管设计研究这个题目。1.2本课题研究的内容，目的和意义本课题对C14DVVT发动机的进气歧管进行设计研究，采用先进的进气歧管设计方法，通过三维软件CATIA建立三维模型，然后再以STL格式导出进气歧管的计算域，之后将导出来的计算域导入商业化CFD软件FIRE中进行面网格、体网格的生成工作。运用FIRE自带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，提出改进意见。对于进气歧管的功用简单的来说，进气歧管是将燃油混合气送入发动机缸盖的一个组件，起到引导空气流向的作用。同时也是其它管路和较小附件的一个支撑体。对汽油机进气歧管进行设计研究，有利于发动机在以下三个方面进行提高（1）发动机动力性能，（2）发动机噪音，（3）发动机的排放。因此，对汽油机的进气歧管进行设计研究，其目的就是能够让汽油机的动力性能提高，降低汽油机的噪音，让进气歧管更加轻量化，提高充气效率，使各个气缸进气分配更加合理均匀3。对提高国内的汽油机动力性，稳定性，经济性等方面有很大的作用和意义7。1.3汽油机进气歧管国内外发展现状：汽车轻量化是汽车工业发展方向之一，也是汽车厂乃至国家技术进步和先进程度的重要标志。传统的进气歧管是铸件，目前大多数进气歧管为铝合金材料制成，由于进气歧管结构复杂，一般都采用金属磨砂型铸造，其表面粗糙、充气阻力大、质量大，外为满足发动机进气和电喷系统安装要求，金属进气歧管设计制造工艺越来越复杂，成品率很难保证8。随着欧排放标准的临近，新型发动机进气歧管要求配备电控可变进气阀等复杂的内部控制机构，金属进气歧管已很难满足未来进气歧管的发展要求。为了达到减轻质量降低油耗、提高发动机性能和降低排放等要求，欧洲的汽车商率先采用尼龙制造进气歧管，随后美国、日本、韩国各大汽车制造商相继开发塑料进气歧管9。塑料进气歧管的国产化进程大致可分为以下三个阶段：第一阶段为全部引进阶段。20世纪90 年代初，随着一些合资汽车企业的成立，国外较先进的发动机产品生产线随着一些引进车型被引入国内10。在这一阶段，塑料进气歧管作为发动机的重要部件，其核心技术由外资方控制，进口成本很高。第二阶段主要表现为一些外资企业直接在国内生产。在此阶段，外资企业将其在国外的塑料进气歧管生产线及全套模具转入到国内，利用国内廉价的劳动力，为其在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11。第三阶段，随着国内汽车制造技术的不断进步，一些国内企业开始了塑料进气歧管的研制和开发工作。塑料进气歧管是一种高技术含量的产品，其中包含了很多发动机方面的关键技术。但目前国内大多数的塑料进气歧管生产企业过去只是普通塑料制品的生产厂，他们大都不具备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，他们的技术水平良莠不齐12。总体而言，目前国内生产的塑料进气歧管普遍存在技术水平低下、难以满足发动机的工作要求的问题13。塑料进气歧管有很多优势：塑料进气歧管在设计和制造上要求非常高，性能要求非常苛刻，目前只有少数几个国家掌握该项技术。正是由于塑料进气歧管的轻量化，成本低，内表面非常光滑，气流阻力小，低噪声，设计自由度大等优点，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14。塑料制品不仅能减少零件质量，而且能降低噪音。车用塑料一直是人们在汽车零部件设计及开发中的有效途径和重要手段之一，而且在未来的十年里，解决现有许多汽车安全问题的关键还是在于塑料。塑料不仅使发动机系统更容易设计和装配，而且也使发动机质量更轻13 14,。发动机塑料进气歧管可比铝进气歧管重量减轻以上，发动机动力性能得到 的提升，经济性和排放性也有相当改善，材料和制造成本都可得到降低15。本课题对C14DVVT发动机的进气歧管进行设计研究。参考文献1 窦昊.LJ276QE型汽油机进气流场分析及优化研究D，南宁：广西大学，2010.2 牛玲，徐葳，白敏丽.某型发动机进气歧管改型设计的CFD计算J.辽宁工程技术大学学报，2011-2-30（1）:126-131.3 严昶，李丰军，刘东航.CA4GE发动机塑料进气歧管的开发J.汽车工艺与材料，2005-06：30-35.4 黄金申，村上光军，胡树根.汽车进气歧管真空注型材料选用和工艺探讨J浙江科技学院学报，2009-09-21（3）：185-187.5 R.R.Matrin，I.A.Stroud，A.D.Marshall.Data Reduction for Reverse Engineeing，Computer and Automation Institute of Academy of Science. 1996-02:289-301.6 张颖.从概念设计到产品制造美国MPI公司谈塑料进气歧管设计制造需要专业化经验N.企业报导，2004-10。7 韩同群.电喷发动机进气管的设计与开发J.内燃机工程，2005-26(3):22-26.8 许元默，帅石金，王建昕.电喷汽油机进气歧管的CAD/CFD设计J.汽车工程，2002-24（4）:303-308.9 王莉发动机塑料进气歧管的应用现状与发展趋势J.小型内燃机与摩托车，2007-36（3）：83-86.10 Suzanne Caulfield，Brandon Rubenstein and Jay K. Martin，Paul Ruppel and Mark Meyer.Comparison Between CFD Predictions and Measurements of Inlet Port Discharge Coefficient and Flow Characteristics，SAE,1999-01-3339.11 周振巍.缸内直喷汽油机符合喷射进气歧管设计D.天津：天津大学，2008-05.12 李丹汽油机塑料进气歧管型腔设计方法研究D.天津：天津大学，2006-01-04.13 张劲.塑料车用进气歧管和燃油箱的应用及发展J.塑料工业，2007-35（3）：68-69. 14 朱茂强,钟翔波.小排量汽油机进气歧管优化设计与实验J.汽车工程师,2011-09. 15 Wenyu Pan，Yingjin Cui,James H.Leylek.ACFD Study of Losses in a Straight2Six Diesel Engine C. SAE paper ，1999-12-30. 毕 业 设 计 开 题 报 告设计方案：2.1设计步骤：2.1.1根据给定的原始发动机（功率，排量，喷油方式等）参数以及经验公式初步计算进气歧管的结构尺寸(管径，中心型线长度，稳压腔体积等).。2.1.2利用三维软件CAD进行初步建模。2.1.3对三维模型进行CFD分析计算并提出优化建议完善模型，最终定型。2.2设计进度安排2017年2月13日2017年3月10日；查阅相关文献，参考书完成开题报告。2017年3月11日2017年3月31日；熟悉进气歧管的设计特点及性能要求，建立进气歧管三维CAD模型。2017年4月1日2017年5月14日；进行CFD流动计算，分析其流通特性及进气均匀性。2017年5月15日2017年5月31日；编写说明书及外文资料的翻译。2017年6月1日2017年6月37日；图纸，论文的整理。汇总。 . 毕 业 设 计 开 题 报 告指导教师意见： 指导教师： 年 月 日附件：参考文献注释格式学术期刊 作者论文题目J期刊名称，出版年份，卷(期)：页次如果作者的人数多于3人，则写前三位作者的名字后面加“等”，作者之间以逗号隔开。例如：1 李峰,胡征,景苏等. 纳米粒子的控制生长和自组装研究进展J. 无机化学学报， 2001, 17(3): 3153242 J.Y.Li, X.L.Chen,H.Li. Fabrication of zinc oxide nanorodsJ. Journal of Crystal Growth, 2001,233:57学术会议论文集 作者论文题目文集编者姓名学术会议文集名称C，出版地：出版者，出版年份：页次例如：3 司宗国 谢去病 王群重子湮没快度关联的研究见赵维勤，高崇寿编第五届高能粒子产生和重离子碰撞理论研讨会文集C，北京：中国高等科学技术中心，1996：105图书 著者书名M版本出版地：出版者，出版年页次如果该书是第一版则可以略去版次。例如