本文關(guān)鍵詞：FSAE賽車內(nèi)燃機進氣系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計

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【摘要】：合理的內(nèi)燃機進氣系統(tǒng)設(shè)計能夠減少進氣能量損失,保證內(nèi)燃機充氣效率,提高內(nèi)燃機升功率。而確定進氣系統(tǒng)各元件結(jié)構(gòu)參數(shù),是進氣系統(tǒng)設(shè)計的主要內(nèi)容。FSAE賽車進氣系統(tǒng)一般由空氣濾清器、節(jié)氣門、限流閥、擴散器、穩(wěn)壓腔及進氣歧管組成。本文基于一維和三維數(shù)值模擬軟件GT-Power及FLUNET,對2015屆CQUFSAE(重慶大學(xué)FSAE)賽車內(nèi)燃機進氣系統(tǒng)進行優(yōu)化設(shè)計,在充分考慮流體流動特性的前提下,盡可能提高進氣系統(tǒng)的充氣效率,減少流動損失,以實現(xiàn)內(nèi)燃機動力性能最優(yōu)。本文主要研究了以下幾個方面:(1)首先,本文介紹了變長度進氣歧管技術(shù)及內(nèi)燃機進氣系統(tǒng)數(shù)值仿真的發(fā)展現(xiàn)狀。明確了進行進氣系統(tǒng)數(shù)值仿真以實現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計的目標(biāo)。(2)其次,本文引入了進氣系統(tǒng)性能評價指標(biāo)“容積效率”和“充氣效率”。分析了進氣系統(tǒng)中的動態(tài)效應(yīng):合理設(shè)計二級可變進氣歧管長度,可以有效利用動態(tài)效應(yīng),提高內(nèi)燃機充氣效率。探討了進氣系統(tǒng)中的沿程能量損失及局部能量損失,在進氣系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)盡量減少這些損失。詳細(xì)分析了2015屆FSC大賽的規(guī)則,初步完成內(nèi)燃機選型、進氣形式確定、節(jié)氣門選型、限流閥選型以及擴散器的布置,并確定賽車進氣系統(tǒng)的安裝位置。(3)再次,本文詳細(xì)闡述了使用GT-Power軟件進行內(nèi)燃機、進排氣系統(tǒng)模型建立及參數(shù)設(shè)置的過程,并運用內(nèi)燃機臺架試驗的數(shù)據(jù)驗證了模型的正確性。探討了擴散器布置形式對內(nèi)燃機功率、轉(zhuǎn)矩、充氣效率的影響,驗證了擴散器垂直布置的可靠性,并確定擴散器最優(yōu)張角為8°。研究了進氣歧管長度變化對內(nèi)燃機性能的影響,確定二級可變進氣歧管長度分別為180mm及74mm,切換點為10000rpm,低轉(zhuǎn)速時使用長進氣歧管,高轉(zhuǎn)速時使用短進氣歧管。分析了穩(wěn)壓腔容積變化對內(nèi)燃機功率、轉(zhuǎn)矩、充氣效率的影響,選定穩(wěn)壓腔容積為3L。確定限流閥頭部至頸部的長度為15mm時,有內(nèi)燃機動力最優(yōu)。(4)最后,本文介紹了CFD理論基礎(chǔ)及湍流模型的基本知識,選用了標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型進行進氣系統(tǒng)流體三維仿真。使用CATIA建立了進氣系統(tǒng)的流體三維模型,完成網(wǎng)格劃分,使用一維仿真計算結(jié)果設(shè)置三維流體邊界條件,完成求解器設(shè)置。以擴散器倒角及進氣歧管角度為變量,探討它們對進氣系統(tǒng)內(nèi)流體流動的影響。應(yīng)用FLUENT軟件對36個進氣系統(tǒng)流體模型進行了仿真分析,比較各模型進氣歧管質(zhì)量流率,選取供氣均勻性最好的模型:擴散器倒角為80mm,進氣歧管角度為100°,并最終完成進氣系統(tǒng)設(shè)計。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U464.134.4

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本文編號：1171982