本文關(guān)鍵詞：FSC方程式賽車進(jìn)氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化

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【摘要】：根據(jù)FSC賽車的規(guī)則限制,各參賽院校的發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)必須有一個(gè)直徑不超過20mm的限流閥,而進(jìn)氣系統(tǒng)作為發(fā)動(dòng)機(jī)的呼吸道,它的結(jié)構(gòu)形狀和參數(shù)直接影響了發(fā)動(dòng)機(jī)的充氣效率,進(jìn)而影響發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性。因此,進(jìn)氣系統(tǒng)在發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力研發(fā)的過程中起到了關(guān)鍵性的作用。為了提高進(jìn)氣限流后發(fā)動(dòng)機(jī)的充氣效率,減小發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力損失,本文針對參賽所用的CBR-600RR發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了進(jìn)氣系統(tǒng)的的流場特性分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化。首先分析了影響發(fā)動(dòng)機(jī)充氣效率的因素及其改善措施,并研究了進(jìn)氣管中的能量損失及進(jìn)氣氣流的波動(dòng)效應(yīng)和慣性效應(yīng)。采用GT-Power一維流體仿真軟件對發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行建模,分析了歧管長度和穩(wěn)壓腔容積對發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響,確定了進(jìn)氣系統(tǒng)歧管長度為280mm,穩(wěn)壓腔容積為3L。然后確定進(jìn)氣布置形式,并建立進(jìn)氣系統(tǒng)三維模型,進(jìn)氣系統(tǒng)建模主要包含了限流閥前段、限流閥、限流閥后段、穩(wěn)壓腔及歧管。以計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)為理論基礎(chǔ),借助CFD軟件Fluent先對進(jìn)氣系統(tǒng)的限流閥進(jìn)行分析,確定其出口擴(kuò)散錐角的最佳角度,最后對進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)行整體的流體分析,并對進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn),為了平衡各氣缸進(jìn)氣量在穩(wěn)壓腔中設(shè)置風(fēng)杯,并通過優(yōu)化風(fēng)杯的高度來調(diào)節(jié)進(jìn)氣的平衡。本文通過一維的發(fā)動(dòng)機(jī)工作循環(huán)的模擬確定了部分進(jìn)氣系統(tǒng)參數(shù),再結(jié)合三維的CFD流體分析,對進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和優(yōu)化,最終結(jié)果表明提高了歧管出口的質(zhì)量流量,增大了歧管出口氣流的速度,并使得進(jìn)氣系統(tǒng)中氣流流動(dòng)更加穩(wěn)定,減小了流動(dòng)損失,達(dá)到了提高發(fā)動(dòng)機(jī)充氣效率的目的,改善了發(fā)動(dòng)機(jī)的性能,可以為以后FSC賽車進(jìn)氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供理論依據(jù),具有一定的參考價(jià)值。
【關(guān)鍵詞】：FSC 進(jìn)氣系統(tǒng) 動(dòng)態(tài)效應(yīng) 穩(wěn)壓腔 限流閥 計(jì)算流體動(dòng)力學(xué) 流場分析
【學(xué)位授予單位】：遼寧工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：U469.696;U464.134.4
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 緒論10-14
• 1.1 FSAE賽事介紹及選題的背景10
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-13
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀11-12
• 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀12-13
• 1.3 本課題研究的主要內(nèi)容13-14
• 2 進(jìn)氣系統(tǒng)中流動(dòng)特性分析及理論設(shè)計(jì)14-21
• 2.1 影響發(fā)動(dòng)機(jī)充氣效率的因素14-15
• 2.1.1 進(jìn)氣阻力14
• 2.1.2 進(jìn)氣終了時(shí)氣缸內(nèi)的溫度14
• 2.1.3 排氣終了時(shí)的壓力14
• 2.1.4 壓縮比14
• 2.1.5 配氣相位14-15
• 2.2 提高充氣效率的措施15
• 2.2.1 降低進(jìn)、排氣阻力15
• 2.2.2 避免對進(jìn)氣氣流進(jìn)行加熱15
• 2.2.3 采用可變氣門正時(shí)15
• 2.2.4 采用渦輪增壓15
• 2.2.5 采用諧振進(jìn)氣和可變進(jìn)氣歧管15
• 2.3 進(jìn)氣管中的能量損失15-17
• 2.3.1 進(jìn)氣管中的沿程能量損失16
• 2.3.2 進(jìn)氣管路中局部能量損失分析16-17
• 2.4 進(jìn)氣系統(tǒng)中的氣體動(dòng)態(tài)效應(yīng)17-19
• 2.4.1 進(jìn)氣系統(tǒng)中的慣性效應(yīng)18
• 2.4.2 進(jìn)氣系統(tǒng)中的波動(dòng)效應(yīng)18-19
• 2.5 進(jìn)氣系統(tǒng)歧管長度的理論計(jì)算19-20
• 2.6 本章小結(jié)20-21
• 3 進(jìn)氣系統(tǒng)一維流體仿真21-36
• 3.1 一維非定常流體流動(dòng)的計(jì)算模型21-23
• 3.1.1 質(zhì)量守恒方程21-22
• 3.1.2 動(dòng)量守恒方程22
• 3.1.3 能量守恒方程22-23
• 3.2 一維非定常流動(dòng)的數(shù)值解法23-24
• 3.2.1 有限差分法23
• 3.2.2 特征線法23-24
• 3.2.3 有限體積法24
• 3.3 GT-Power軟件介紹24-25
• 3.4 GT-Power操作界面25-26
• 3.5 發(fā)動(dòng)機(jī)模型的建立26-30
• 3.5.1 進(jìn)排氣系統(tǒng)一維模型26-28
• 3.5.2 氣缸、曲軸箱模型28-30
• 3.6 方案設(shè)計(jì)與分析對比30-35
• 3.6.1 方案的設(shè)計(jì)30
• 3.6.2 方案的分析與對比30-35
• 3.7 本章小結(jié)35-36
• 4 計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)理論及模型前處理36-50
• 4.1 流體力學(xué)控制方程36-38
• 4.1.1 質(zhì)量守恒方程36-37
• 4.1.2 動(dòng)量守恒方程37-38
• 4.1.3 能量守恒方程38
• 4.2 三維湍流模型的介紹38-42
• 4.2.1 三維湍流數(shù)值模擬方法38-41
• 4.2.2 控制方程的離散方法41-42
• 4.3 進(jìn)氣系統(tǒng)三維模型設(shè)計(jì)42-46
• 4.3.1 進(jìn)氣系統(tǒng)限制42-43
• 4.3.2 進(jìn)氣系統(tǒng)布置方案43-44
• 4.3.3 進(jìn)氣限流閥設(shè)計(jì)44-46
• 4.4 進(jìn)氣系統(tǒng)三維模型的建立及前處理46-47
• 4.5 邊界條件的設(shè)置47-49
• 4.5.1 壁面邊界條件48
• 4.5.2 進(jìn)出口邊界條件48-49
• 4.6 本章小結(jié)49-50
• 5 進(jìn)氣系統(tǒng)三維流場分析50-71
• 5.1 進(jìn)氣限流閥的分析50-57
• 5.1.1 限流閥 6°擴(kuò)散錐角分析50-52
• 5.1.2 限流閥 7°擴(kuò)散錐角分析52-53
• 5.1.3 限流閥 8°擴(kuò)散錐角分析53-55
• 5.1.4 限流閥 9°擴(kuò)散錐角分析55-57
• 5.1.5 進(jìn)氣限流閥對比分析57
• 5.2 進(jìn)氣系統(tǒng)流場特性分析57-64
• 5.2.1 進(jìn)氣系統(tǒng)內(nèi)速度場分析58-60
• 5.2.2 進(jìn)氣系統(tǒng)壓力場分析60-61
• 5.2.3 進(jìn)氣系統(tǒng)速度矢量場分析61-62
• 5.2.4 進(jìn)氣系統(tǒng)氣流流線分析62
• 5.2.5 四缸同時(shí)開啟時(shí)的氣流流動(dòng)情況62-64
• 5.3 改進(jìn)措施64-66
• 5.4 改進(jìn)后的進(jìn)氣系統(tǒng)流體分析66-70
• 5.4.1 單個(gè)歧管開啟時(shí)的流動(dòng)情況66-68
• 5.4.2 四個(gè)歧管同時(shí)開啟時(shí)的流動(dòng)情況68-70
• 5.5 模型的加工制作與應(yīng)用70
• 5.6 本章小結(jié)70-71
• 6 結(jié)論71-72
• 參考文獻(xiàn)72-74
• 攻讀碩士期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況74-75
• 致謝75

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