汽油机进气道参数化优化设计

针对汽油机进气道性能对缸内空气流动影响较大、传统经验优化主观性强且效率较低的问题,提出了一种基于气道局部变形及旋转的参数化优化方法。采用控制点对进气道局部变形及整体旋转进行控制从而实现进气道变形的参数化,并采用粒子图像测速对该模型进行了验证。对各控制变量及优化目标进行实验设计及贡献度分析,识别出对流量系数及滚流比贡献度较大的控制变量。以提高流量系数及滚流比为目标,采用第二代非劣排序遗传算法对识别的控制变量进行多目标优化,根据寻优结果得到性能最优的进气道几何模型。结果表明:优化后的进气道在滚流比基本不变的情况下,流量系数由0.490变为0.526,提升了7.35%,优化效果较好。所提方法能够一次性得到接近理论帕累托前沿的最优解集,并根据需求选择最优的进气道几何模型,实用性较强且效率较高。     

进气道结构对混动发动机滚流和燃烧影响

以某1.5L混合动力增压直喷汽油机为研究对象,利用稳态气道试验台架和三维仿真工具,研究了不同结构进气道对缸内稳态、瞬态滚流强度和燃烧性能的影响.研究中设计了4款不同滚流比进气道,对不同方案进行了稳态气道芯盒吹风试验,并将试验结果与三维仿真分析结果进行对比;利用三维仿真软件计算了不同进气时刻缸内瞬态滚流比、瞬态湍动能、缸...     

柴油机气道进气流动特性及进气门杆形状对其影响分析

建立某RD190柴油机螺旋进气道稳态CFD模拟计算模型,对其流动特性进行研究,分析得到了气道流量系数和涡流比、柴油机的外特性结果,并采用CFD模拟分析了进气门杆形状对进气流动的影响.研究结果表明:随着截面比的增加,平均流量系数和平均涡流比均为先增大后减小,当截面比在0.28~0.30时,进气道平均流量系数相对原方案值变化不大,而平均涡流比最大增加了9.98%.     

进气道结构对增压汽油机燃烧过程影响的数值模拟

为提高某三缸增压进气道喷射汽油机的燃烧效率,利用三维CFD软件AVL-FIRE对原汽油机进气道在各气门升程下的进气过程进行了稳态数值模拟计算,并对其原汽油机在1,000,r/min、3,000,r/min和5,000,r/min全负荷下的燃烧过程进行了瞬态数值模拟计算;基于计算结果提出了两种进气道优化设计方案.对优化前后的缸内速度场、湍动能场、温度场、瞬时放热率及燃烧持续期进行了对比研究.研究结果表明:与原气道方案相比,优化气道方案的滚流比更大,在缸内组织了更强的气流运动,点火时刻缸内的湍动能更大且分布更为合理,火焰发展期和快速燃烧期更短.通过优化进气道结构适当提高增压汽油机的滚流比,可以改善压缩行程后期缸内的气流运动,提高点火时刻缸内的湍流强度,对提高混合气的燃烧速度、促进缸内燃烧十分有利,从而可有效提升汽油机的燃烧效率.     

生物柴油发动机进气道模拟与优化

针对DK4柴油机改为燃用生物柴油后出现混合气均匀度较差等问题,本文通过稳流试验和数值模拟的方式,结合均匀试验设计法,在稳态工况下,在进气道前端加装不同结构参数的导流叶片,研究了其对发动机流量系数和涡流比的影响,选择了最佳模型,并对比了瞬态工况下原进气道与优化后的进气道涡流比、累计进气质量和排放特性。结果表明:稳态工况下,优化后的进气道较原进气道平均涡流比增加了24.79%,缸内流量系数提升了1.17%;瞬态工况下,优化后的进气道涡流比整体提高9.46%,累计进气质量增加了7.02%;缸内温度和压力均提高,NOx排放平均升高4.4%,soot排放降低9.9%。可见优化后的进气道有效改善混合气形成,降低生物柴油发动机颗粒排放。     

增压状态下汽油机进气道性能评价及流通特性分析

针对某增压汽油机开发过程中进气道性能评价问题,建立了三维稳态及瞬态仿真模型,研究了增压状态下进气道无量纲流量系数、总体流量、缸内流动及喉口流速的变化规律．结果表明：随着进气压差的增大,气道无量纲流量系数明显降低,最大降幅达11％,但总体流量仍呈增长趋势;增压以后,气流速度大幅提升,大气门升程下,气门阀座处产生分离涡旋运动,加剧缸内扰动,有利于加快燃烧速度,降低爆震倾向;同时,气道流通截面流速增大,最高进气马赫数为0．46,处于安全范围．综合各项数据,判定该气道性能满足增压机型需求．     

超声速轴对称双锥进气道流场数值模拟研究

超声速轴对称双锥进气道流场数值模拟的控制方程为雷诺平均可压缩纳维尔．斯托克斯（Navier-Stokes）方程,数值格式为二阶迎风格式。对弹用双锥进气道流场进行了数值模拟,得到了清晰的流场结构。数值计算结果显示：进气道在来流马赫数为2．5时有较高的总压恢复系数,但是流量系数较低,来流马赫数为3时总压恢复系数有所降低,但流量系数增加较快,此时进气道仍然工作正常。说明双锥进气道能够满足冲压增程炮弹的使用要求。     

双S弯进气道锤激波动态特性研究

发动机喘振产生的瞬时高压引起的进气道内锤激波载荷是飞机进气道结构强度设计的关键因素之一。通过对飞行器进行内外流一体化非定常三维数值计算,分析双S弯进气道内锤激波三维流场非定常特性的演化过程,研究了不同马赫数,不同超压比对双S弯进气道锤激波载荷的影响。研究表明：锤激波经过进气道弯道时,弯道外侧流场压力远大于内侧;锤激波离开进气道入口后,进气道内流场经过数个周期逐渐恢复至初始状态;相同进气道反压时,来流马赫数越小,锤激波在进气道内部传播速度越快,且进气道内部压力系数峰值越大;相同来流马赫数下,随着超压比的增大,锤激波在进气道内部传播速度加快,进气道内部压力系数峰值增大。     

双进气道柴油机可调涡流进气道匹配规律

研究双进气道柴油机进气道的涡流比和流量系数对进气涡流调节规律的影响.在稳流气道实验台上,对两种典型的双进气道柴油机的切向气道、螺旋气道的进气流动特性和进气涡流调节特性进行试验,采用横挡板遮挡切向气道入口方式调节进气涡流.试验结果表明,在一定范围内,涡流比和流量系数之间存在线性折中关系.通过数学公式的推导和分析可知:在对柴油机的两个进气道进行匹配时,如果要拥有良好的进气涡流可调性,被调进气道流量系数应取较大值,涡流比应取较小值,不调节进气道的涡流比应取较大值.     

汽车发动机进气道流场三维数值解析与优化

为了改进EQ4BTAA增压空空中冷柴油机性能,对发动机的高涡流进气道内流场进行了三维数值模拟,得到了不同气门升程下详细的流场结构。气道性能评价参数(流量系数和气流转矩)的计算结果与稳流试验台的试验结果吻合较好。通过流场分析,找到了气道不合理的部位,并应用CAD/CAM/CFD集成的方法对气道进行了优化。优化后气道流量提高了14%,涡流比降低了12%,改进的气道与发动机匹配后,该柴油机的排放已达欧 标准。     

高超声速风洞进气道流量系数测量精度影响因素研究

进气道是飞行器动力装置的重要组成部分,准确测量进气道流量系数是进气道风洞试验的重要内容。对来流马赫数Ma=4.5,5.0和6.0状态下皮托管进气道开展流量系数测量研究,通过对比理论值和实测值,获取各状态流量系数修正系数。试验结果表明,随着来流马赫数增加,进气道流量系数与理论值偏差较明显,并逐渐增大。超声速风洞试验通常认为测量截面总温与来流总温相等,通过对测量截面总温与来流总温偏差以及测量截面流场畸变情况的分析,判断测量偏差主要是由测量截面总温等于来流总温的假设导致的。在高超声速风洞试验中,由于模型壁面热交换的存在,测量截面总温低于来流总温,进气道流量系数测量时需要进行总温修正,以提高流量测量精度。      

4105柴油机四气门缸盖切向进气道的试验研究

在进气道稳流试验台上对2种方案的切向进气道和ZH1105W柴油机进气道进行稳流试验研究,通过试验所获得的无量纲涡流数和流量系数来评价不同气道流通特性的优劣,以确定最终的气道布置方案．实验表明,对比选择后的4105柴油机切向进气道与改进后的ZH1105W柴油机螺旋进气道相比,在保证缸内涡流强度基本不变的情况下,进气道的流量系数明显高于ZH1105W柴油机的螺旋进气道,流量增幅高达35％．     

离心压缩机模型级尺寸缩放对性能影响数值研究

选用流量系数分别为0.015 0、0.033 5、0.068 0和0.120 0的4组离心压缩机模型级为研究对象,几何缩放比尺分别选取0.78、1.00、1.89和2.67.采用数值方法对这些模型级进行计算,进而获得每个模型级的气动性能.同时,对流量系数为0.033 5和0.068 0两个模型级的计算结果与实验值进行对比,对计算精度进行了评价.综合4组模型级的计算结果,可以发现:几何相似放大后的模型级由于雷诺数增大,边界层流动改善,因而其气动性能比基准级提高了.相反,几何相似缩小后的模型级由于雷诺数减小,边界层相对变厚,黏性损失增加,因而其多变效率比大尺寸模型级降低了,但缩放后的模型级能头系数变化不大.在研究的流量系数范围内,流量系数越小,尺寸缩放对多变效率的影响就越显著.模型级尺寸放大后,其最大效率所对应的流量系数将向增大的方向偏移,比尺越大偏移越大,但偏移量较小.     

基于遗传算法的超声速二维进气道优化设计

首先介绍了基本遗传算法,并由基本遗传算法演化出小生境遗传算法.应用简单的测试函数对两种遗传算法进行测试,对两种遗传算法进行比较.然后应用小生境遗传算法对二维超声速进气道进行优化设计.在单目标优化设计中,以最大总压恢复系数为优化目标,在多目标优化设计中分别顾及到总压回复系数要求最大和增压比也要很高.在对进气道的优化设计之后,对单目标优化和多目标优化的结果进行比较.     

螺旋桨运输机进气道阻力特性分析

以某型螺旋桨运输机带动力装置飞行试验台为研究对象，建立了三维流场模型，采用CFD进行了网格划分及数值计算。以前期飞行试验数据和发动机热力循环模型计算结果为边界条件，开展了不同飞行马赫数、高度及桨叶角的数值计算。选用桨叶角表征发动机状态，分析了不同飞行高度、马赫数、螺旋滑流对进气道前罩作用力和附加前体力影响的变化规律。计算结果表明：不同高度、桨叶角及马赫数均会改变进气道阻力，在马赫数0.5，高度4 km状态下，桨叶角由40°增大至50°，前罩作用力减小1 700 N，附加前体力减小3 600 N,而附加前体力系数及前罩作用力系数随飞行高度基本不变。进气道阻力特性研究为后续试飞中确定涡桨发动机外部阻力特性分析提供了数据支持。     

低比转速离心泵的面积比原理

依据离心泵的面积比原理,提出了建立在面积比原理基础上低比转速离心泵在加大流量设计后计算面积比、第八断面面积的方法及计算公式,此面积比和第八断面面积与泵的流量加大系数、比转速加大系数有关,解决了依据经验统计值确定面积比且不能使低比转速离心泵在设计点效率最高这一问题.实例表明:提出的计算方法能够提高低比转速离心泵的效率,充实了低比转速离心泵的设计理论.     

基于FEM及KIVA的内燃机耦合部件传热建模

为了更为准确地对内燃机耦合部件三维燃烧过程进行模拟,开发了一种内燃机燃烧室耦合部件三维传热有限元法（FEM）计算程序.建立了内燃机气-固传热模型;通过将该模型应用于KIVA程序,可获取用于有限元计算的燃烧室壁面的三维瞬态燃气温度分布及对流换热系数分布.以汽油机LJ377MV为例,计算了内燃机耦合部件的稳态温度场及瞬态温度场,结果表明：壁面附近瞬态温度边界条件的不均匀性对内燃机耦合部件稳态温度分布及瞬态温度波动有着重要影响.     

内燃式热风炉全周期操作优化数值模拟研究

以某钢厂内燃式热风炉为研究对象,采用热风炉整体三维稳态CFD模型与蓄热室格子砖单孔道二维非稳态CFD模型相结合的数值模拟方法,对热风炉内燃烧、流动和传热过程进行计算,预测送风温度,确定热风炉燃烧期的最佳操作条件。数值模拟结果表明,将热风炉整体三维稳态模型的计算结果作为蓄热室格子砖单孔道二维非稳态模型的入口边界条件,能够准确模拟热风炉在各操作时期的热状态。热风炉燃烧期的最佳操作条件是空气消耗系数在1.0～1.1范围内,进入蓄热室的烟气平均温度最高可达1 390℃,热风温度最高可达1 214℃。     

柴油机螺旋进气道的三维造型设计

螺旋进气道的设计是个难点，使用传统的方法很难对其进行准确的描述，也难以对气道流动特性进行精确研究．通过确定螺旋进气道的主要设计参数，进行螺旋进气道的计算机三维造型设计，可以实现螺旋气道的精确造型、以气缸直径102mm的直喷式柴油机的螺旋进气道为例，使用Pro／E对其进行了三维造型设计，并将三维模型载入Fluent中进行仿真计算，得到的计算值与试验值基本一致．结果表明：计算机构造的三维模型能很好地模拟螺旋气道，这为研究螺旋气道提供了新的方法．     

均匀设计法在螺旋进气道优化设计中的运用

以实际产品气道为基础,使用UG软件完成气道的三维实体造型与修改,用三维流体动力学软件FIRE完成稳流试验台中气道-气缸流动的三维数值模拟计算,应用传统单因素法和新的均匀设计法对螺旋进气道结构参数进行优化,结果表明:螺旋进气道的性能是气道结构参数之间交互作用的结果,对比传统单因素法,运用均匀设计法对气道进行优化设计,只需少量计算即可求出优化结果,大大减少了计算工作量.