本文關(guān)鍵詞：增壓柴油機(jī)排氣流固換熱的穩(wěn)態(tài)與瞬態(tài)模擬對(duì)比分析

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【摘要】：排氣管作為增壓發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)的關(guān)鍵零部件,其流通性能優(yōu)劣不但影響著發(fā)動(dòng)機(jī)換氣過(guò)程,還對(duì)渦輪增壓器工作可靠性及效率有較大的影響。目前的發(fā)動(dòng)機(jī)由于工作指標(biāo)不斷強(qiáng)化,排氣溫度較以往已提高不少,管壁材料與結(jié)構(gòu)在高溫工作環(huán)境下的可靠性問(wèn)題日益突出,因此在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)評(píng)估階段進(jìn)行排氣流固換熱模擬是非常必要的。就模擬形式而言,有瞬態(tài)與穩(wěn)態(tài)之分,如何將瞬態(tài)流動(dòng)的時(shí)均化參數(shù)求解問(wèn)題轉(zhuǎn)化為穩(wěn)態(tài)形式求解是為高效工程計(jì)算的要義之一。流體的速度與溫度一定程度上是流動(dòng)狀態(tài)的宏觀體現(xiàn),模擬結(jié)果的可靠性取決于求解域的離散分布與離散方程能準(zhǔn)確反應(yīng)流動(dòng)的特點(diǎn),模擬的優(yōu)化在于恰當(dāng)?shù)叵魅醴匠痰姆蔷�性與耦合性求解難度。綜合相關(guān)文獻(xiàn)中對(duì)于排氣建模方式的描述不難發(fā)現(xiàn),其中的根本問(wèn)題是對(duì)求解域離散布置、狀態(tài)假設(shè)、模型取用、方程求解等未依據(jù)流動(dòng)邊界與特征作相應(yīng)判斷,難點(diǎn)是確立以上各項(xiàng)要素時(shí)所需的準(zhǔn)則與彼此依存關(guān)系,歸根結(jié)底是需明晰流體力學(xué)理論與計(jì)算軟件的適定性,否則由瞬態(tài)或穩(wěn)態(tài)模擬所得的數(shù)值解都可能與實(shí)際流動(dòng)的解析解之間存在更大的誤差甚至錯(cuò)誤,繼而關(guān)于計(jì)算結(jié)果的置信與優(yōu)化討論亦失實(shí)。本文針對(duì)某排氣管有限元分析項(xiàng)目中提出的計(jì)算可靠性問(wèn)題,對(duì)某增壓柴油機(jī)額定工況的排氣流固換熱進(jìn)行了多種以瞬態(tài)與穩(wěn)態(tài)作為根本區(qū)分的建模。一方面,著手分析了常見(jiàn)模擬中為簡(jiǎn)化計(jì)算而忽略各項(xiàng)要素之間的響應(yīng)特點(diǎn)所進(jìn)行的建模對(duì)計(jì)算結(jié)果造成的影響；另一方面從流體力學(xué)理論與計(jì)算軟件的適定性方面入手,逐步分析了各項(xiàng)要素之于模擬求解的非線性與耦合性機(jī)理,在此過(guò)程中形成了系統(tǒng)性的建模與簡(jiǎn)化建模策略,并以試驗(yàn)所得管壁的溫度測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)模擬進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)果表明：排氣流固換熱瞬態(tài)模擬出于計(jì)算高耗需所限,為實(shí)現(xiàn)其可行性及體現(xiàn)排氣壓縮性,結(jié)果受模型、網(wǎng)格及時(shí)間步長(zhǎng)的影響大,常見(jiàn)高雷諾數(shù)標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)建模,容易導(dǎo)致失真的或高出實(shí)際較多的模擬結(jié)果：當(dāng)各支歧管壁面曲線布置需要進(jìn)行改型設(shè)計(jì)時(shí),其亦不能完全表現(xiàn)新曲線于流動(dòng)的影響；在尊重各項(xiàng)要素之間響應(yīng)關(guān)聯(lián)的前提下,線性擬合可壓排氣冪次物性參數(shù)及匹配低雷諾數(shù)分離求解可體現(xiàn)排氣狀態(tài),其計(jì)算效率及準(zhǔn)確性更具有實(shí)際意義。穩(wěn)態(tài)模擬要達(dá)到工程要求的準(zhǔn)確性,關(guān)鍵在于依據(jù)流動(dòng)邊界與特征對(duì)各項(xiàng)要素進(jìn)行響應(yīng)建模。
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：U464.172

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