毕业答辩-基于CFD的汽油机进气歧管设计研究.pptx

设计人：,基于CFD的汽油机进气岐管设计研究,DesignResearchofC14DVVTEngineIntakeManifold,2019/12/6,引言,汽车行业是人们一直关注的焦点，汽车因其特殊的功能被人们称作是能够改变世界的机器，改革开放以来，伴随着我国的经济的飞速发展，汽车产业链发展变得十分迅速，经过我国人们多年的努力形成了品种繁多、系列复杂的各类整车车间以及零部件生产的配套体系，随着人们生活水平的逐渐提高，汽车越来越多的进入普通的农民百姓家中。汽车产业在国民经济以及社会发展中有着特别地关键性作用。发动机水平的高低直接影响汽车的各项性能指标，它在整个汽车上扮着非常重要的角色。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。在汽油机的工作过程中需要有一套完整的进气装置来为各个气缸提供稳定的新鲜混合空气，气缸内的混合气体流动十分的复杂，而且具有不定常流动和湍流性强等流动特点。进气系统的好坏在一定的程度上影响发动机的各项性能指针。汽油机进气歧管的结构尺寸的大小以及布置形式是否合理等对歧管的进气均匀性等有着非常重要的影响，进一步影响到发动机的动力性、经济性以及排放特性。在现阶段研发过程中，能够提供足量的新鲜空气对发动机显得十分的重要，所以进气歧管的设计环节需要花费更多的心思。,设计的任务及要求,01,02,设计任务熟悉进气歧管的结构特点及功能，了解进气歧管各结构特性参数对发动机性能的影响，以某四缸汽油机为参考设计进气歧管，使用CFD软件对进气歧管流通特性及进气均匀性等性能进行研究，分析歧管结构与进气性能之间的关系,设计要求对进气歧管进行结构参数设计、利用三维软件对设计的进气歧管进行三维建模。利用流体力学以及CFD软件对内部流动进行计算及性能分析，撰写毕业设计说明书。,设计的目的以及意义,1目的：通过CFD软件对设计的进气歧管模型进行流场模拟分析，找出影响进气歧管的动力性、噪音大小以及经济性的影响因素。使各个气缸进气分配更加合理均匀，提出合理的改进建议。意义：使得各个歧管进气分配更加均匀，对提高汽油机的动力性，稳定性以及经济性等方面有很大的作用和意义。,设计的主要内容,对汽油机塑料进气岐管的结构功能研究分析以及管内流动特性的分析并提出改进意见。分析进气歧管的各个结构参数的变化对该款发动机性能的影响对设计的进气岐管的型腔进行三维流场分析探究,自然吸气式进气岐管,增压式汽油机进气岐管,汽油机进气岐管的分类,歧管的各项功能,将混合气体平稳均匀的送到各个气缸,对管路以及其它附件起着支撑的作用,控制空气的摄入量，提高燃油的经济性,有效的控制排放,促进其他气体和混合气体混合,进气歧管的功用,影响因素,影响谐振效率，利用谐振效率提高充气效率，改善各缸的进气均匀性,稳压腔容积大小,对充气效率和进气效应有影响,歧管长度,影响充气效率和进气均匀性,进气歧管的直径,进气歧管的主要影响因素,歧管上其它附件功能的分析,制造工艺简单成品率高表面光滑质量轻阻力小具有复杂的内部控制机构,塑料（尼龙制作）,质量轻内壁光滑阻力小不具有复杂的内部控制机构,复合材料（铝合金）,制造工艺变得越来越复杂，成品率低内表面粗糙质量重,铸件,进气歧管的发展现状,塑料进气歧管的各大优势,发展优势,材料要求,工艺方法,轻量化动力性好制造成本低低噪声环保,耐高温稳定性好强度高化学性质稳流动状态好,熔芯法摩擦焊热板焊,稳压腔的体积V=1.68L,气道间的间距L为30mm,入口直径为70mm,歧管长度L为400mm，形状做成方形，,进气歧管的基本结构参数,进气歧管的三维模型图,根据经验公式以及所给的汽油机参考参数所计算出来的进气歧管结构参数进行三维CATIA建模，其模型如上三幅图所示。,1,沿程能量损失,根据雷诺公式知，管道越长，直径越小损失的能量也就越多。,2,局部能量损失,跟岐管的曲率半径，截面变化以及雷诺数有关系(下节介绍),进气歧管能量损失的分析,a,经过数据分析歧管的各部分能量损失如左图所示,b,岐管的弯曲会减少压力波，有时可能也会发生波的反射。所以在这个设计过程中应该让轴的曲率半径点，并保持流形的平稳过渡,c,管段的突然减小造成的能量损失较大，导致断面能量有效利用率的降低。,进气歧管能量损失分布,进气歧管满足流体力学方程,质量守恒方程,在单位时间内。所选歧管（控制体）的气体减少量等于流出歧管控制体的气体的质量。即流体的连续性方程。,动量守恒方程,在微元素中，流体动量的变化率等于作用在微元上的力之和。,能量守恒方程,在微观物体中，能量的增加率等于将流体的热流动转化为微观物体，,进气歧管三维模型内部实体空腔,从CATIA中抽取模型的内表面计算域。，以STL格式导出，导出来的文件大小约为1.5M左右，STL格式用二进制格式输出。内部空腔实体模型如上图主图所示,“,FIre界面,“,建立的体网格,“,导入后的表面网格,fire导入流程,“,边界条件,“,初始条件,“,设置边界和初始条件,“,方程控制参数,“,线性求解器,低松弛因子,参数设置,根据入口压力，出口压力对各歧管进行分析，比较质量流量，分析进气的均匀性。各歧管质量流量如左表所示,进气歧管具有良好的进气均匀性，OUT1的流量略低于其他三个，可能是由于以下原因：歧管的位置太近，在进气风的方向进入时，它流经出口1，结果在一个较大的涡流（湍流），造成较大的压力损失，当气流进入谐振腔较深，局部流场梯度减小，湍流减弱，所以其他三个出口压力相对于前面的较小。整体进气均匀性较好，满足设计要求,对质量流量模拟结果进行分析,各个出口开启时的压力分布,从上图的结果中可以看到除过歧管与稳压腔的连接处以外，各管道压力分布是比较均匀的，压力基本都在100000到100150Pa之间。变化较小，认为是比较均匀的。,各个出口开启时的速度分布,从上图的结果中可以看到除过歧管与稳压腔的连接处以外，各管道速度分布是比较均匀的，速度基本都在14m/s到16m/s之间。变化很小，认为是均匀的。而在歧管和稳压腔的连接处速度突然增大，基本呈现出黄色约为20m/s左右。,各歧管迹线分布,提出改进建议,通过对压力场分布和进气歧管的速度场分布的分析，可以发现，由歧管和稳压腔引起的压力和速度变化的主要原因是，弯曲半径小了一点，所以为了塑料进气歧管压力和速度变化更均匀，以避免上述不良结果，将各歧管的支管与稳压腔两者过渡部位的角度稍微做大一些，并稍微增大该连接处的管径，过渡部位设计的尽量圆润一些，让气体经过的时侯湍流度逐渐减小，保证进气更加顺畅,全文总结,（1）在环保节能的理念之下，本次设计比较详细地介绍了目前汽油发动机进气歧管的分类以及国内外进气歧管的发展现状。（2）分析了塑料进气歧管的发展优势，轻量化、易设计等诸多优点。材料选择尼龙玻纤增强塑料。制造工艺选择多片振动摩擦焊，使得进气歧管更加完美紧凑（3）经过综合考虑进气歧管的安装位置和设计原则对进气歧管的结构尺寸的影响，选定进气歧管的主要结构参数如下，稳压腔的容积为L为1.68L，入口直径为70mm，歧管长度L为400mm，形状做成方形，长为50mm，宽为22mm，倒角半径分别为9mm和2.5mm，气道的间距L=L=L=30mm。（4）利用三维建模软件CATIA建立模型，并详细的介绍CATIA的发展历程和主要功能以及其在汽车行业中的应用，了解并学习了AVL公司开发的的FIRE软件，熟悉了该软件在行业中的地位和作用以及发展过程。并在一定的程度上分析了歧管设计软件的使用知识，通过本文的分析，进气歧管出口流量、压