【摘要】：長沙理工大學方程式賽車隊(CRT)已逐年參加了幾屆FSAE賽事,尋求新的突破已成為如今的研究重點。因為比賽中加速類的項目占總分的比重高于燃油經濟性項目,故提升賽車的動力性對車隊提高比賽成績意義重大。賽車的動力性在很大程度上受到動力總成中的發(fā)動機影響,而發(fā)動機的動力性指標包括功率和轉矩,這些參數(shù)無不和發(fā)動機的進氣系統(tǒng)布置形式和結構尺寸息息相關。FSAE大賽亦規(guī)定用進氣限制器來連接節(jié)氣門和氣缸從而實現(xiàn)限制發(fā)動機功率,導致原發(fā)動機的進氣系統(tǒng)額定功率與額定功率不匹配,因此對進氣系統(tǒng)展開仿真研究的重要性不言而喻。本文主要針對CBR600RR這款FSAE賽車汽油機的進氣系統(tǒng)進行多維仿真研究。首先在充分研究國內外相關文獻的基礎上,介紹了發(fā)動機進氣流動仿真研究的現(xiàn)狀,研究了進氣系統(tǒng)的動態(tài)效應。再結合發(fā)動機的實際情況,根據(jù)進氣系統(tǒng)的動態(tài)效應,提出了進氣歧管及諧振腔的合理匹配方案。然后在專業(yè)發(fā)動機仿真軟件GT-Power中建立了CBR600RR發(fā)動機一維模型,將其與臺架試驗完成了基本的驗證后,再分析了不同進氣歧管幾何尺寸和諧振腔體積變化對發(fā)動機功率、扭矩以及充氣效率的影響變化規(guī)律。在一維仿真軟件得到的數(shù)據(jù)基礎上,再通過UG軟件建立了包括空氣濾清器、進氣限制器、節(jié)氣門、諧振腔、進氣歧管的進氣系統(tǒng)三維模型。隨后將其導入至計算流體動力學軟件ANSYS的Fluent模塊,對進氣限制器的擴散器錐角進行計算分析,對比不同結構尺寸下的速度場、壓強場以及流量等參數(shù)的差異性。本文分別結合了發(fā)動機工作過程循環(huán)一維仿真和三維CFD流場分析,從理論上研究進氣系統(tǒng)的結構參數(shù)對進氣性能的影響,有助于體現(xiàn)進氣系統(tǒng)內部流體流動效果。最終確定了限流閥的幾何尺寸,將進氣歧管長度增加到300mm,將諧振腔體積擴大到3L,出口總流量達到了 0.135kg/s,使得進氣效果較之前提升了 12.5%,從而提升了發(fā)動機的動力性,為FSAE賽車發(fā)動機進氣系統(tǒng)設計提供了理論支撐。
【圖文】：

邐、逡逑＼邋NB進氣疏波逡逑圖２．１本循環(huán)進氣動態(tài)效應示意圖逡逑根據(jù)前面的討論可以判斷，如果本循環(huán)脈動效應可以被合理的運用，則當兩個進氣逡逑循環(huán)的時間間隔為Ａｆ＝邋ＡＧ／２時，進氣期間僅振動一次達到最優(yōu)簡諧運動。故而進氣歧逡逑管長度：逡逑Ｌ邋＝邐（２．１５）逡逑２４ｎ逡逑進氣門打開時，進氣管道聯(lián)通氣缸，成為一開口系統(tǒng)，此時應以進氣管尺寸等效為逡逑Ａｉ來優(yōu)化進氣歧管尺寸：逡逑Ａｉ邋＝邐（２．１６）逡逑式中，Ｆａ為氣缸容積，ｍＬ；邋ｄ為進氣歧管截面積，ｍｍ２。逡逑故邋Ｌ＝ＡＬ＋Ｌ＇邐（２．１７）逡逑②上循環(huán)壓力波的動態(tài)效應：逡逑該效應的概念是指上次循環(huán)的壓力波在本次循環(huán)進氣時仍未消失，影響本循環(huán)進氣逡逑過程。引起氣門口處壓縮波的原因主要是進氣管中運動的新進空氣由于進氣門閉合導致逡逑急停而受到壓縮，壓縮波的傳播速度為Ｏ－ｍ）。反射波的形成是因為入射波到達進氣管逡逑入口端發(fā)生反射，在邊界條件（開口、管外壓力不變）的影響下，反射波屬于膨脹波，逡逑１２逡逑

Ａ＇邐Ａｃ逡逑圖２．邋４截面突變示意圖逡逑２．４進氣系統(tǒng)部件及對充氣效率的影響分析逡逑ＦＳＡＥ賽車汽油機的性能指標與進氣系統(tǒng)的設計密切相關。其中進氣系統(tǒng)如何布置逡逑以及各結構尺寸如何確定關系到整車在比賽中的性能發(fā)揮。如圖２．５所示ＦＳＡＥ賽車發(fā)逡逑動機的進氣系統(tǒng)（圖中紅框部分）往往布置在車手座椅后方，進氣系統(tǒng)開口方向為迎風逡逑向以獲得更多的進氣充量。逡逑＂１邋（邐邋邐邋１邋＾邋邐逡逑＾１邋ＩＢＳ？邋ｆ１逡逑，，邐Ｃ邋Ｃ邋Ａ７邐Ｉ逡逑Ｊ邋邋｜邋１邋ｇｇｏｏ．邐邐邐１邋Ｌ逡逑圖２．邋５發(fā)動機進氣系統(tǒng)布置方案圖逡逑１７逡逑
【學位授予單位】：長沙理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：U469.696

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本文編號：2711450