【摘要】：長沙理工大學(xué)方程式賽車隊(duì)(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(diǎn)。因?yàn)楸荣愔屑铀兕惖捻?xiàng)目占總分的比重高于燃油經(jīng)濟(jì)性項(xiàng)目,故提升賽車的動力性對車隊(duì)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(jī)影響,而發(fā)動機(jī)的動力性指標(biāo)包括功率和轉(zhuǎn)矩,這些參數(shù)無不和發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)布置形式和結(jié)構(gòu)尺寸息息相關(guān)。FSAE大賽亦規(guī)定用進(jìn)氣限制器來連接節(jié)氣門和氣缸從而實(shí)現(xiàn)限制發(fā)動機(jī)功率,導(dǎo)致原發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)額定功率與額定功率不匹配,因此對進(jìn)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(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)行多維仿真研究。首先在充分研究國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上,介紹了發(fā)動機(jī)進(jìn)氣流動仿真研究的現(xiàn)狀,研究了進(jìn)氣系統(tǒng)的動態(tài)效應(yīng)。再結(jié)合發(fā)動機(jī)的實(shí)際情況,根據(jù)進(jìn)氣系統(tǒng)的動態(tài)效應(yīng),提出了進(jìn)氣歧管及諧振腔的合理匹配方案。然后在專業(yè)發(fā)動機(jī)仿真軟件GT-Power中建立了CBR600RR發(fā)動機(jī)一維模型,將其與臺架試驗(yàn)完成了基本的驗(yàn)證后,再分析了不同進(jìn)氣歧管幾何尺寸和諧振腔體積變化對發(fā)動機(jī)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(chǔ)上,再通過UG軟件建立了包括空氣濾清器、進(jìn)氣限制器、節(jié)氣門、諧振腔、進(jìn)氣歧管的進(jìn)氣系統(tǒng)三維模型。隨后將其導(dǎo)入至計算流體動力學(xué)軟件ANSYS的Fluent模塊,對進(jìn)氣限制器的擴(kuò)散器錐角進(jìn)行計算分析,對比不同結(jié)構(gòu)尺寸下的速度場、壓強(qiáng)場以及流量等參數(shù)的差異性。本文分別結(jié)合了發(fā)動機(jī)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(jìn)氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)對進(jìn)氣性能的影響,有助于體現(xiàn)進(jìn)氣系統(tǒng)內(nèi)部流體流動效果。最終確定了限流閥的幾何尺寸,將進(jìn)氣歧管長度增加到300mm,將諧振腔體積擴(kuò)大到3L,出口總流量達(dá)到了 0.135kg/s,使得進(jìn)氣效果較之前提升了 12.5%,從而提升了發(fā)動機(jī)的動力性,為FSAE賽車發(fā)動機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)設(shè)計提供了理論支撐。
【圖文】：

邐、逡逑＼邋NB進(jìn)氣疏波逡逑圖２．１本循環(huán)進(jìn)氣動態(tài)效應(yīng)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(yīng)可以被合理的運(yùn)用，則當(dāng)兩個進(jìn)氣逡逑循環(huán)的時間間隔為Ａｆ＝邋ＡＧ／２時，進(jìn)氣期間僅振動一次達(dá)到最優(yōu)簡諧運(yùn)動。故而進(jìn)氣歧逡逑管長度：逡逑Ｌ邋＝邐（２．１５）逡逑２４ｎ逡逑進(jìn)氣門打開時，進(jìn)氣管道聯(lián)通氣缸，成為一開口系統(tǒng)，此時應(yīng)以進(jìn)氣管尺寸等效為逡逑Ａｉ來優(yōu)化進(jìn)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(jìn)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(yīng)：逡逑該效應(yīng)的概念是指上次循環(huán)的壓力波在本次循環(huán)進(jìn)氣時仍未消失，影響本循環(huán)進(jìn)氣逡逑過程。引起氣門口處壓縮波的原因主要是進(jìn)氣管中運(yùn)動的新進(jìn)空氣由于進(jìn)氣門閉合導(dǎo)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?yàn)槿肷洳ǖ竭_(dá)進(jìn)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(jìn)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(jī)的性能指標(biāo)與進(jìn)氣系統(tǒng)的設(shè)計密切相關(guān)。其中進(jìn)氣系統(tǒng)如何布置逡逑以及各結(jié)構(gòu)尺寸如何確定關(guān)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(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)（圖中紅框部分）往往布置在車手座椅后方，進(jìn)氣系統(tǒng)開口方向?yàn)橛L(fēng)逡逑向以獲得更多的進(jìn)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(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)布置方案圖逡逑１７逡逑
【學(xué)位授予單位】：長沙理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：U469.696

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本文編號：2711450