發(fā)布時(shí)間：2017-11-22 09:22

  本文關(guān)鍵詞：船用柴油機(jī)進(jìn)氣道的三維數(shù)值仿真及其優(yōu)化設(shè)計(jì)

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【摘要】：“十一五”時(shí)期以來(lái)我國(guó)船舶行業(yè)迅猛發(fā)展，成為世界重要的造船國(guó)家之一。作為船舶行業(yè)的動(dòng)力提供者，柴油機(jī)以其高效率、低能耗和大功率而受到青睞。進(jìn)氣道作為柴油機(jī)的重要組成部分，對(duì)進(jìn)入氣缸內(nèi)的空氣量以及渦流形成能力影響很大，即影響缸內(nèi)混合氣的形成及燃燒過(guò)程，從而間接的影響柴油機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性能。本文以某船用柴油機(jī)螺旋進(jìn)氣道為研究對(duì)象，借助計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)CAD構(gòu)建了螺旋進(jìn)氣道的三維參數(shù)化模型，運(yùn)用三維數(shù)值仿真技術(shù)CFD完成了進(jìn)氣道-氣門(mén)-氣缸組成的進(jìn)氣系統(tǒng)中速度場(chǎng)、湍動(dòng)能場(chǎng)以及流動(dòng)跡線圖的流場(chǎng)分析，在Isight集成框架下對(duì)氣道進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。具體研究?jī)?nèi)容如下： （1）闡述了進(jìn)氣道的設(shè)計(jì)方法、數(shù)值仿真的相關(guān)理論，分析了進(jìn)氣道內(nèi)部氣體流動(dòng)的能量損失，對(duì)氣道流通性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)計(jì)算方法進(jìn)行了研究。 （2）在深入閱讀國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，分析了三種螺旋進(jìn)氣道的參數(shù)化建模方法，基于CFD數(shù)值模擬技術(shù)對(duì)各種建模方法得到的模型進(jìn)行了穩(wěn)態(tài)流動(dòng)的數(shù)值模擬計(jì)算，最終提出了基于漸開(kāi)線方程的螺旋進(jìn)氣道參數(shù)化建模方法，該方法可以快捷生成不同尺寸的氣道模型，提高設(shè)計(jì)效率。 （3）采用三維數(shù)值模擬技術(shù)不僅可以得到氣道的流量系數(shù)和渦流比等宏觀流動(dòng)特性，而且可以得到進(jìn)氣道內(nèi)部流場(chǎng)的微觀信息，為進(jìn)氣道的優(yōu)化及設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)提供重要依據(jù)。本文以CFX軟件為平臺(tái)，選取k-ε湍流模型和SIMPLE算法對(duì)該進(jìn)氣道進(jìn)行了三維數(shù)值模擬仿真，分析了不同氣門(mén)升程下缸內(nèi)的流場(chǎng)信息，包括速度場(chǎng)、湍動(dòng)能場(chǎng)和流動(dòng)跡線圖，對(duì)評(píng)價(jià)進(jìn)氣道流通性能的兩個(gè)參數(shù)（流量系數(shù)和渦流比）進(jìn)行了計(jì)算，此外，本文還探討了不同結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)氣道流通性能的影響，為氣道的優(yōu)化提供了理論依據(jù)。 （4）由于螺旋進(jìn)氣道的流通性能取決于多個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)，采用優(yōu)化單一參數(shù)的方法已不能滿足氣道改進(jìn)的需求，本文采用系統(tǒng)化的方法對(duì)氣道進(jìn)行了試驗(yàn)設(shè)計(jì)，并通過(guò)基于最優(yōu)拉丁超立方算法完成試驗(yàn)設(shè)計(jì)，獲得了對(duì)氣道流量系數(shù)和渦流比響應(yīng)比較大的因子，作為氣道優(yōu)化的設(shè)計(jì)變量。 （5）為了得到流通性能良好的螺旋進(jìn)氣道，在氣道數(shù)值模擬與試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，聯(lián)合多學(xué)科集成優(yōu)化平臺(tái)Isight對(duì)氣道進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)研究。通過(guò)編制一系列命令流文件與批處理文件自動(dòng)驅(qū)動(dòng)氣道模型的建立、網(wǎng)格的劃分、數(shù)值模擬以及流量系數(shù)和渦流比的計(jì)算，結(jié)合Pointer混合優(yōu)化策略，在滿足尺寸約束和性能約束的前提下實(shí)現(xiàn)流量系數(shù)最大化。優(yōu)化結(jié)果表明，流量系數(shù)較優(yōu)化前提高5.83%，從而提高了進(jìn)氣道的流通性能。
【學(xué)位授予單位】：江蘇科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：U664.121

【參考文獻(xiàn)】

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中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

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本文編號(hào)：1214226