本文關(guān)鍵詞：微型擺式發(fā)動(dòng)機(jī)間隙流動(dòng)機(jī)理研究及擺臂的氣動(dòng)設(shè)計(jì)

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【摘要】：隨著便攜式電子設(shè)備、單兵作戰(zhàn)系統(tǒng)、微型無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展,設(shè)備的小型化受制于能量供給單元的發(fā)展。微型擺式發(fā)動(dòng)機(jī)由于能量密度高,功率密度大,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)成為目前最具潛力的微型系統(tǒng)能量供給單元之一。但微型擺式發(fā)動(dòng)機(jī)中擺臂與缸體之間的間隙泄漏問題嚴(yán)重影響發(fā)動(dòng)機(jī)的效率,制約發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行性能的提高。針對(duì)微型擺式發(fā)動(dòng)機(jī)的間隙泄漏問題,目前的設(shè)計(jì)主要采用宏觀方法對(duì)泄漏量進(jìn)行近似估算,而在發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際間隙尺寸下,氣體流動(dòng)已經(jīng)出現(xiàn)了明顯的微觀效應(yīng),采用宏觀流動(dòng)計(jì)算方法誤差較大。因此本文采用更加精確的動(dòng)力學(xué)方法—離散速度方向模型對(duì)微型擺式發(fā)動(dòng)機(jī)間隙內(nèi)的氣體流動(dòng)過程進(jìn)行精確模擬,并設(shè)計(jì)了合理的間隙尺寸及密封結(jié)構(gòu)來降低間隙氣體泄漏。論文主要包括以下幾個(gè)方面的工作：采用離散速度方向模型對(duì)平板間Couette流動(dòng)和Poiseuille流動(dòng)在滑流至過渡領(lǐng)域中的計(jì)算精度進(jìn)行驗(yàn)證,并與線性化Boltzmann方程和Navier-Stokes方程方法的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。計(jì)算發(fā)現(xiàn),離散速度方向模型在滑流至過渡流域?qū)α鲌?chǎng)中氣體的速度分布、流量和剪切力的計(jì)算結(jié)果均與線性化Boltzmann方程吻合較好,尤其是在設(shè)計(jì)的間隙尺寸對(duì)應(yīng)的流動(dòng)領(lǐng)域內(nèi),離散速度方向模型能夠顯著提升間隙泄漏流量的計(jì)算精度,可以為發(fā)動(dòng)機(jī)的氣動(dòng)設(shè)計(jì)提供更加可靠的數(shù)據(jù)。采用離散速度方向模型對(duì)擺臂與缸體間的間隙流動(dòng)進(jìn)行了數(shù)值模擬。通過控制間隙尺寸和擺臂運(yùn)動(dòng)速度得到不同Knudsen數(shù)和壁面運(yùn)動(dòng)速度下流場(chǎng)內(nèi)的氣體速度分布及流量值,并得出在不同尺度下影響氣體泄漏及流場(chǎng)邊界處速度滑移的主要方式。通過對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)燃燒過程的數(shù)值模擬得出不同工況下腔體內(nèi)的氣體成分及對(duì)應(yīng)的溫度值,在發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行過程中即可根據(jù)間隙尺寸確定在任一工況下的Knudsen數(shù),從而為選擇降低間隙泄漏的方式提供一定依據(jù)和參考。為減小間隙泄漏,提高發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行效率,同時(shí)考慮加工制造的方便,對(duì)擺臂結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。在擺臂上加工一定的密封槽,通過氣體在密封槽間的節(jié)流過程及在槽內(nèi)的渦耗散過程降低其在出口處的壓力從而減小泄漏量。對(duì)密封結(jié)構(gòu)內(nèi)的氣體流動(dòng)情況進(jìn)行數(shù)值模擬,通過分析得出密封結(jié)構(gòu)的尺寸參數(shù)及發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況對(duì)密封效果的影響。計(jì)算結(jié)果表明,當(dāng)密封結(jié)構(gòu)參數(shù)一定時(shí),由于發(fā)動(dòng)機(jī)不同運(yùn)行過程中壓比的差異,膨脹過程的密封效果優(yōu)于壓縮過程；當(dāng)壓比一定時(shí),密封效果會(huì)隨密封級(jí)數(shù)的增多而增強(qiáng),而密封槽寬度、深度和間距均存在最佳設(shè)計(jì)值。通過計(jì)算得出了在一定的壓比和間隙尺寸下密封結(jié)構(gòu)的最佳設(shè)計(jì)參數(shù)。
【關(guān)鍵詞】：微型擺式發(fā)動(dòng)機(jī) 間隙泄漏 離散速度方向模型 密封結(jié)構(gòu)
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院(工程熱物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TK401
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-14
• 第一章 緒論14-28
• 1.1 微型擺式發(fā)動(dòng)機(jī)間隙流動(dòng)研究背景14-21
• 1.1.1 微型能源動(dòng)力系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀14-17
• 1.1.2 微型擺式發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀17-18
• 1.1.3 微型擺式發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的間隙流動(dòng)問題18-21
• 1.2 微型擺式發(fā)動(dòng)機(jī)間隙流動(dòng)研究現(xiàn)狀21-25
• 1.2.1 中尺度擺式發(fā)動(dòng)機(jī)間隙流動(dòng)21-23
• 1.2.2 微尺度擺式發(fā)動(dòng)機(jī)間隙流動(dòng)23-25
• 1.3 本文的主要工作25-28
• 第二章 離散速度方向模型驗(yàn)證28-40
• 2.1 離散速度方向模型簡(jiǎn)介28-32
• 2.1.1 離散速度方向模型的基本假設(shè)28-29
• 2.1.2 離散速度方向模型的控制方程29-30
• 2.1.3 控制方程的離散30-32
• 2.2 離散速度方向模型驗(yàn)證32-39
• 2.2.1 Couette流動(dòng)32-35
• 2.2.2 Poiseuille流動(dòng)35-39
• 2.3 本章小結(jié)39-40
• 第三章 微尺度擺式發(fā)動(dòng)機(jī)擺臂與缸體間隙內(nèi)氣體流動(dòng)計(jì)算40-54
• 3.1 計(jì)算條件設(shè)置40-41
• 3.2 計(jì)算結(jié)果分析41-52
• 3.2.1 擺臂運(yùn)動(dòng)及Knudsen數(shù)對(duì)速度分布的影響41-44
• 3.2.2 擺臂運(yùn)動(dòng)對(duì)間隙內(nèi)氣體流量的影響44-49
• 3.2.3 擺臂運(yùn)動(dòng)對(duì)間隙內(nèi)氣體流動(dòng)阻力的影響49-50
• 3.2.4 Knudsen數(shù)對(duì)間隙內(nèi)氣體無(wú)量綱流量的影響50-52
• 3.2.5 Knudsen數(shù)對(duì)間隙內(nèi)氣體無(wú)量綱流動(dòng)阻力的影響52
• 3.3 本章小結(jié)52-54
• 第四章 微型擺式發(fā)動(dòng)機(jī)擺臂氣動(dòng)設(shè)計(jì)54-70
• 4.1 間隙泄漏對(duì)微型擺式發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響54-60
• 4.1.1 內(nèi)燃機(jī)燃燒過程數(shù)學(xué)模型簡(jiǎn)介54-55
• 4.1.2 零維模型的控制方程55-58
• 4.1.3 數(shù)值計(jì)算結(jié)果分析58-60
• 4.2 擺臂結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)60
• 4.3 密封原理分析60-61
• 4.4 密封結(jié)構(gòu)內(nèi)部流場(chǎng)分析61-69
• 4.4.1 數(shù)值計(jì)算方法61-64
• 4.4.2 數(shù)值計(jì)算結(jié)果分析64-69
• 4.4.3 密封結(jié)構(gòu)的最佳設(shè)計(jì)參數(shù)69
• 4.5 本章小結(jié)69-70
• 第五章 結(jié)論與展望70-72
• 5.1 研究結(jié)論70
• 5.2 未來研究展望70-72
• 參考文獻(xiàn)72-76
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文76-78
• 致謝78-79

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 任志勇;周鋒濤;沈杰;;基于ADAMS的微型擺式內(nèi)燃機(jī)振動(dòng)特性分析[J];機(jī)械設(shè)計(jì)與制造;2011年06期

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本文編號(hào)：630208