ANSYS环境下柴油机螺旋气道的参数化建模

基于ANSYS有限元分析软件,通过确定螺旋气道的主要设计参数,并借助Visual C++集成开发环境,实现柴油机螺旋气道的参数化建模,提高了柴油机螺旋气道的建模效率,并为柴油机螺旋气道的设计提供了一条新途径。     

直喷式柴油机进气流场的数值模拟研究

螺旋进气道特性(流量系数和无量纲涡流数)对柴油机性能有重要的影响。本文介绍了螺旋进气道的逆向设计方法,利用计算流体力学软件对进气流动进行了计算模拟,在稳流气道试验台上验证了计算结果的准确性,获得了流场压力、速度、湍动能等参数分布规律,为气道的设计与改进提供了理论依据。     

四气门柴油机进气道稳流试验研究及数值模拟

对四气门柴油机的单螺旋、单切向、组合气道进行了气道稳流试验,测量出流量系数和涡流比。保持与气道稳流试验相同的边界条件以及气道评价方法,通过CFD软件FIRE对上述3种气道进行三维稳态数值模拟,计算2~10mm各气门升程下的流量系数和涡流比。将稳流模拟所得结果与气道稳流试验所得结果比较,两者吻合良好,偏差都在5%范围内,验证了数值模拟计算的可行性。对缸内气流的速度场、湍动能等值线场进行了分析,得出3种气道的涡流流动特征,组合气道的两气流发生干涉,导致该处有一定的流量损失,同时在干涉区存在倒流现象。     

全自动气道稳态试验系统设计

涡流和流量系数是影响柴油机经济性与排放特性的关键参数,在柴油机设计和改进过程中需要对气道的此两个参数进行测量和评价。本文在原气道试验台基础上,设计了一套自动化程度较高的气道稳态试验台,可以对气门升程和试验压力进行自动调节,适用于生产线上使用。     

利用参数化气道模型对气道性能进行优化

对柴油机螺旋气道进行了参数化设计,并对参数进行了气道性能影响的敏感度分析,从多个结构参数中找出了最敏感的参数,然后对其进行优化,使螺旋进气道的性能得到了优化。     

基于参数化的螺旋进气道造型

研究了应用非均匀有理B样条(NURBS)来描述气道外形的方法。结合4BV95柴油机进行了螺旋进气道三维造型设计。通过输入关键参数实现了螺旋进气道的参数化过程。利用FIRE软件对参数化前后的螺旋进气道进行了流动数值模拟,分析了结构参数对气道流动特性的影响,为气道的结构改进提供了依据。     

四气门柴油机进气道性能的试验研究

利用所研制的单独气道和四气门柴油机试验缸盖系统，研究了进气道的不同形状组合、两进气道布置的相对位置对四气门柴油机进气道性能的影响。气道布置角度的变化对流量系数影响不大，但对无因次涡流有很大影响。单气道工作方式下，这种影响取决于气道形式，对切向气道的影响较螺旋气道大；两组合气道工作方式下，这种影响取决于气道形状的不同组合及两气道之间的相对位置，两个螺旋气道组合时影响最大。     

气波增压柴油机进气管设计与优化

以SOFIM 2．5L涡轮增压中冷柴油机为样机，设计了气波增压柴油机进气管。用正交设计优化试验进气管的结构组合，并用三维设计软件UG进行几何建模及结构分析，找出质量最小、内腔容积最大的进气管，再用ANSYS软件对其进行流动分析，找出平均进气质量流量最大的进气管；综合结构优化和流动优化结果，确定最终的气波增压柴油机进气管，采用快速成型技术制成其模型并在气道试验台上与原管进行稳态流动对比试验。试验结果表明，该管比原管进气质量流量平均提高近7％，基本可满足气波增压柴油机的要求。     

柴油机螺旋进气道的性能试验与评价方法

通过稳流试验台对气道进行试验研究,检验某四缸发动机螺旋气道进气性能的一致性。试验采用Ricardo和FEV两种评价方法分别对各缸进气道的涡流比和流量系数进行对比分析,结果表明该缸盖进气道进气性能良好,并提出确保各缸气道进气一致性的措施。     

TY290柴油机进气道改进

通过TY290柴油机进气道石膏模型的稳流模拟试验，对进气运的结构尺寸作了改进，提高了进气道的涡流比和平均流量系数，改善了进气道的品质和TY290柴油机的性能。     

四气门直喷式柴油机缸内流场试验研究

通过螺旋气道与不同进口面积切向气道的组合试验，分析了各种组合进气系统的流通特性，发现通过改变切向气道进口面积就能很容易地实现涡流比的调节。利用热线风速仪对模拟缸内空气流动进行了测量，结果表明4气门柴油机进气过程中在远离缸盖的平面内形成稳定的旋涡，其涡流中心偏离气缸中心。揭示了4气门柴油机进气涡流的形成过程及缸内流场的特点，详细探讨了切向气道进口面积和气门升程对缸内流场的影响。     

柴油机进气涡流旋流器的研究

对直进气道柴油机诱导产生进气涡流新装置(旋流器)进行了结构设计，并对其性能进行了稳流气道试验、水模拟试验PIV测试以及实际发动机装机试验。试验结果表明，该新装置可以在短直进气道柴油机上诱导产生中、低强度的进气涡流，改善了混合与燃烧，降低了燃油消耗率。     

柴油机螺旋进气道三维数值模拟

运用CFD软件STAR-CD对某拖拉机用柴油机螺旋进气道进行了三维数值模拟。通过模拟计算可以比较准确地得到直观的进气道和缸内流场。模拟计算的涡流比及流量系数与试验结果具有较好的一致性,并对偏差产生原因进行了分析。     

涡流水平对柴油机微粒排放的影响

用自选设计的喷气式可变涡流进气系统改变车用柴油机气缸内的涡流水平，试验研究了不同工竞下缸内涡流对微粒排放的影响。结果表明，针对工况需要调整气缸内涡流水平是降低柴油机微粒排放的有效手段。中速况气缸内形成的挤气涡流和膨胀涡流基本可以满足燃料燃烧的需求，涡流强度在范围内的变化对降低柴油机排气微粒贡献不大。提高低束负荷工况螺旋进气道形成的相对较低的涡流水平，可以有效降低柴油机微粒排放量，使微粒排放降低的主要因素是其中干烟排放量的降低。降低高速工况螺旋进气道形成的相对过主的涡流水平，可以有效降低柴油机微粒排放量，微粒中可溶性有机成分的降低是导致微粒排放降低的主要因素。     

涡流比对NO_x与Soot排放影响的数值模拟

影响直喷式柴油机缸内燃烧过程和排放特性的因素可归纳为3个方面,即进气系统参数、喷油系统参数以及燃烧系统参数。基于某企业开发的6缸直喷式柴油机,以AVL公司的FIRE v8.5为平台,以进气系统参数具有代表性的物理参数涡流比为对象,研究了它对直喷式柴油机排放性能的影响规律。在涡流比从1.0增加到2.6的过程中,随着涡流比的增大,喷雾重叠加剧,并向燃烧室挤流区域集中,燃烧室凹坑内空气利用率变差,不利于柴油机的扩散燃烧,Soot排放增大;在涡流比增大的同时,降低了整个燃烧室的平均温度,使NOx的生成量降低。     

YSD475型柴油机螺旋进气道改进设计与试验

简述了YSD475型柴油机螺旋进气道改进设计与试验情况。试验结果表明：在气缸盖基本结构不变的条件下，通过局部改进螺旋进气道结构，涡流比的算术平均值由原来的1．840提高到3．344。柴油机在标定工况下比油耗下降7．8％，烟度下降3．69BSU；在扭矩点工况下比油耗下降15％，烟度下降3．44BSU。整机的经济性和烟度得以明显改善。     

采用可变进气涡流机构改善柴油机的性能

在增压中冷直喷式柴油机上,采用副进气道可变进气涡流机构,并在不同进气涡流下进行发动机台架试验,分析了涡流强度对柴油机性能及排放特性的影响。试验结果表明,发动机在高,低速区的最佳进气涡流强是不同的。在低速大负荷区适当提高进气涡流强度,可以改善发动机的性能,在高速区降低进气涡流强度,发动机的性能和排放均有明显改善,副进气道可变进气涡机构可满足发动机在各种工况下的进气涡流强度控制需要。