基于CFD的汽油機(jī)進(jìn)氣歧管設(shè)計(jì)研究含開(kāi)題及說(shuō)明書(shū)

基于CFD的汽油機(jī)進(jìn)氣歧管設(shè)計(jì)研究含開(kāi)題及說(shuō)明書(shū),基于,CFD,汽油機(jī),歧管,設(shè)計(jì),研究,開(kāi)題,說(shuō)明書(shū) XXXX XX設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告 學(xué) 生 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 學(xué) 院： 專(zhuān) 業(yè)： 設(shè)計(jì)題目： 基于CFD的汽油機(jī)進(jìn)氣歧管設(shè)計(jì)研究 指導(dǎo)教師: 20XX 年 3 月 10 日 設(shè) 計(jì) 開(kāi) 題 報(bào) 告 1．選題依據(jù)： 1.1選題依據(jù) 汽車(chē)產(chǎn)業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)重要的支柱產(chǎn)業(yè)，產(chǎn)業(yè)鏈長(zhǎng)、關(guān)聯(lián)度高、就業(yè)面廣、消費(fèi)拉動(dòng)大，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中發(fā)揮著重要作用[1]。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展，形成了多品種、全系列的各類(lèi)整車(chē)和零部件生產(chǎn)及配套體系，產(chǎn)業(yè)集中度不斷提高，產(chǎn)品技術(shù)水平明顯提升，已經(jīng)成為世界第一大汽車(chē)消費(fèi)國(guó)和第二大汽車(chē)生產(chǎn)國(guó)。發(fā)動(dòng)機(jī)作為汽車(chē)的心臟，為車(chē)輛提供動(dòng)力，在整車(chē)上扮演著不可或缺的角色[2]。? 由于環(huán)境污染日益嚴(yán)重，能源危機(jī)愈演愈烈，因而汽車(chē)使用低污染節(jié)能發(fā)動(dòng)機(jī)一直是政府和專(zhuān)業(yè)人士的目標(biāo)[3]。因此，降低發(fā)動(dòng)機(jī)的排放、提高其燃油經(jīng)濟(jì)性也就成為目前內(nèi)燃機(jī)工作者的當(dāng)務(wù)之急。?發(fā)動(dòng)機(jī)在工作過(guò)程中需要一套進(jìn)氣系統(tǒng)來(lái)為氣缸提供穩(wěn)定的新鮮充量，其進(jìn)氣系統(tǒng)由空氣濾清器、進(jìn)氣歧管、空氣濾清器與進(jìn)氣管的連接管、缸蓋進(jìn)氣道等組成。發(fā)動(dòng)機(jī)中的氣體流動(dòng)十分復(fù)雜，并具有三維、不定常流動(dòng)和流動(dòng)湍流性強(qiáng)等特點(diǎn)。進(jìn)氣系統(tǒng)的優(yōu)劣在很大程度上影響了發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性等性能指針[4]。 ?發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管的尺寸、形狀和布置等對(duì)進(jìn)氣阻力、進(jìn)氣均勻性以及充氣效率影響非常大，進(jìn)而影響發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放特性[5]。在現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)的研發(fā)中，提供足夠的新鮮空氣對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能指標(biāo)有著重要的影響，因而進(jìn)氣歧管的設(shè)計(jì)變得十分重要[6]。 通過(guò)對(duì)流體力學(xué)等專(zhuān)業(yè)課程的學(xué)習(xí)，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)的工作原理，結(jié)合進(jìn)氣歧管的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，本次選擇‘基于CFD的汽油機(jī)進(jìn)氣歧管設(shè)計(jì)研究’這個(gè)題目。 1.2本課題研究的內(nèi)容，目的和意義 本課題對(duì)C14DVVT發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣歧管進(jìn)行設(shè)計(jì)研究，采用先進(jìn)的進(jìn)氣歧管設(shè)計(jì)方法，通過(guò)三維軟件CATIA建立三維模型，然后再以STL格式導(dǎo)出進(jìn)氣歧管的計(jì)算域，之后將導(dǎo)出來(lái)的計(jì)算域?qū)肷虡I(yè)化CFD軟件FIRE中進(jìn)行面網(wǎng)格、體網(wǎng)格的生成工作。運(yùn)用FIRE自帶的網(wǎng)格生成工具生成進(jìn)氣歧管計(jì)算網(wǎng)格。建立進(jìn)氣歧管內(nèi)氣體流動(dòng)的守恒方程、選用合適的數(shù)值計(jì)算方法、對(duì)氣體流動(dòng)進(jìn)行數(shù)值模擬分析運(yùn)算。監(jiān)控各進(jìn)氣管道的質(zhì)量流量、壓力分布、氣流速度等參數(shù)，分析各管道的進(jìn)氣分配均勻性和流動(dòng)阻力分布，找出進(jìn)氣歧管設(shè)計(jì)的不合理之處，提出改進(jìn)意見(jiàn)。 對(duì)于進(jìn)氣歧管的功用簡(jiǎn)單的來(lái)說(shuō)，進(jìn)氣歧管是將燃油混合氣送入發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋的一個(gè)組件，起到引導(dǎo)空氣流向的作用。同時(shí)也是其它管路和較小附件的一個(gè)支撐體。對(duì)汽油機(jī)進(jìn)氣歧管進(jìn)行設(shè)計(jì)研究，有利于發(fā)動(dòng)機(jī)在以下三個(gè)方面進(jìn)行提高（1）發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能，（2）發(fā)動(dòng)機(jī)噪音，（3）發(fā)動(dòng)機(jī)的排放。因此，對(duì)汽油機(jī)的進(jìn)氣歧管進(jìn)行設(shè)計(jì)研究，其目的就是能夠讓汽油機(jī)的動(dòng)力性能提高，降低汽油機(jī)的噪音，讓進(jìn)氣歧管更加輕量化，提高充氣效率，使各個(gè)氣缸進(jìn)氣分配更加合理均勻[3]。對(duì)提高國(guó)內(nèi)的汽油機(jī)動(dòng)力性，穩(wěn)定性，經(jīng)濟(jì)性等方面有很大的作用和意義[7]。 1.3汽油機(jī)進(jìn)氣歧管?chē)?guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀： 汽車(chē)輕量化是汽車(chē)工業(yè)發(fā)展方向之一，也是汽車(chē)廠乃至國(guó)家技術(shù)進(jìn)步和先進(jìn)程度的重要標(biāo)志。傳統(tǒng)的進(jìn)氣歧管是鑄件，目前大多數(shù)進(jìn)氣歧管為鋁合金材料制成，由于進(jìn)氣歧管結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一般都采用金屬磨砂型鑄造，其表面粗糙、充氣阻力大、質(zhì)量大，外為滿足發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣和電噴系統(tǒng)安裝要求，金屬進(jìn)氣歧管設(shè)計(jì)制造工藝越來(lái)越復(fù)雜，成品率很難保證[8]。隨著歐Ⅳ排放標(biāo)準(zhǔn)的臨近，新型發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管要求配備電控可變進(jìn)氣閥等復(fù)雜的內(nèi)部控制機(jī)構(gòu)，金屬進(jìn)氣歧管已很難滿足未來(lái)進(jìn)氣歧管的發(fā)展要求。為了達(dá)到減輕質(zhì)量降低油耗、提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能和降低排放等要求，歐洲的汽車(chē)商率先采用尼龍制造進(jìn)氣歧管，隨后美國(guó)、日本、韓國(guó)各大汽車(chē)制造商相繼開(kāi)發(fā)塑料進(jìn)氣歧管[9]。塑料進(jìn)氣歧管的國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程大致可分為以下三個(gè)階段：第一階段為全部引進(jìn)階段。20世紀(jì)90 年代初，隨著一些合資汽車(chē)企業(yè)的成立，國(guó)外較先進(jìn)的發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品生產(chǎn)線隨著一些引進(jìn)車(chē)型被引入國(guó)內(nèi)[10]。在這一階段，塑料進(jìn)氣歧管作為發(fā)動(dòng)機(jī)的重要部件，其核心技術(shù)由外資方控制，進(jìn)口成本很高。第二階段主要表現(xiàn)為一些外資企業(yè)直接在國(guó)內(nèi)生產(chǎn)。在此階段，外資企業(yè)將其在國(guó)外的塑料進(jìn)氣歧管生產(chǎn)線及全套模具轉(zhuǎn)入到國(guó)內(nèi)，利用國(guó)內(nèi)廉價(jià)的勞動(dòng)力，為其在國(guó)內(nèi)的合資廠提供配套的塑料進(jìn)氣歧管，而塑料進(jìn)氣歧管的設(shè)計(jì)研發(fā)工作仍在國(guó)外[11]。第三階段，隨著國(guó)內(nèi)汽車(chē)制造技術(shù)的不斷進(jìn)步，一些國(guó)內(nèi)企業(yè)開(kāi)始了塑料進(jìn)氣歧管的研制和開(kāi)發(fā)工作。塑料進(jìn)氣歧管是一種高技術(shù)含量的產(chǎn)品，其中包含了很多發(fā)動(dòng)機(jī)方面的關(guān)鍵技術(shù)。但目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)的塑料進(jìn)氣歧管生產(chǎn)企業(yè)過(guò)去只是普通塑料制品的生產(chǎn)廠，他們大都不具備設(shè)計(jì)和生產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)能力，因此只能仿制一些已經(jīng)過(guò)時(shí)的塑料進(jìn)氣歧管，他們的技術(shù)水平良莠不齊[12]?？傮w而言，目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的塑料進(jìn)氣歧管普遍存在技術(shù)水平低下、難以滿足發(fā)動(dòng)機(jī)的工作要求的問(wèn)題[13]。塑料進(jìn)氣歧管有很多優(yōu)勢(shì)：塑料進(jìn)氣歧管在設(shè)計(jì)和制造上要求非常高，性能要求非常苛刻，目前只有少數(shù)幾個(gè)國(guó)家掌握該項(xiàng)技術(shù)。正是由于塑料進(jìn)氣歧管的輕量化，成本低，內(nèi)表面非常光滑，氣流阻力小，低噪聲，設(shè)計(jì)自由度大等優(yōu)點(diǎn)，國(guó)內(nèi)的主機(jī)廠、配套制造方對(duì)這方面技術(shù)表示相當(dāng)?shù)年P(guān)注，預(yù)測(cè)未來(lái)的中國(guó)市場(chǎng)在塑料進(jìn)氣歧管方面將有很大的發(fā)展空間[14]。塑料制品不僅能減少零件質(zhì)量，而且能降低噪音。車(chē)用塑料一直是人們?cè)谄?chē)零部件設(shè)計(jì)及開(kāi)發(fā)中的有效途徑和重要手段之一，而且在未來(lái)的十年里，解決現(xiàn)有許多汽車(chē)安全問(wèn)題的關(guān)鍵還是在于塑料。塑料不僅使發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)更容易設(shè)計(jì)和裝配，而且也使發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量更輕[13] [14],。發(fā)動(dòng)機(jī)塑料進(jìn)氣歧管可比鋁進(jìn)氣歧管重量減輕５０％以上，發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能得到５％ ～１０％的提升，經(jīng)濟(jì)性和排放性也有相當(dāng)改善，材料和制造成本都可得到降低[15]。本課題對(duì)C14DVVT發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣歧管進(jìn)行設(shè)計(jì)研究。 參考文獻(xiàn) [1] 竇昊.LJ276QE型汽油機(jī)進(jìn)氣流場(chǎng)分析及優(yōu)化研究[D]，南寧：廣西大學(xué)，2010. 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SAE paper ，1999-12-30. 設(shè) 計(jì) 開(kāi) 題 報(bào) 告 ２．設(shè)計(jì)方案： 2.1設(shè)計(jì)步驟： 2.1.1根據(jù)給定的原始發(fā)動(dòng)機(jī)（功率，排量，噴油方式等）參數(shù)以及經(jīng)驗(yàn)公式初步計(jì)算進(jìn)氣歧管的結(jié)構(gòu)尺寸(管徑，中心型線長(zhǎng)度，穩(wěn)壓腔體積等).。 2.1.2利用三維軟件CAD進(jìn)行初步建模。 2.1.3對(duì)三維模型進(jìn)行CFD分析計(jì)算并提出優(yōu)化建議完善模型，最終定型。 2.2設(shè)計(jì)進(jìn)度安排 2017年2月13日——2017年3月10日；查閱相關(guān)文獻(xiàn)，參考書(shū)完成開(kāi)題報(bào)告。 2017年3月11日——2017年3月31日；熟悉進(jìn)氣歧管的設(shè)計(jì)特點(diǎn)及性能要求，建立進(jìn)氣歧管三維CAD模型。 2017年4月1日——2017年5月14日；進(jìn)行CFD流動(dòng)計(jì)算，分析其流通特性及進(jìn)氣均勻性。 2017年5月15日——2017年5月31日；編寫(xiě)說(shuō)明書(shū)及外文資料的翻譯。 2017年6月1日——2017年6月37日；圖紙，論文的整理。匯總。 . 設(shè) 計(jì) 開(kāi) 題 報(bào) 告 指導(dǎo)教師意見(jiàn)： 指導(dǎo)教師： 年 月 日 附件：參考文獻(xiàn)注釋格式 學(xué)術(shù)期刊 作者﹒論文題目[J]﹒期刊名稱(chēng)，出版年份，卷(期)：頁(yè)次 如果作者的人數(shù)多于3人，則寫(xiě)前三位作者的名字后面加“等”，作者之間以逗號(hào)隔開(kāi)。例如： [1] 李峰,胡征,景蘇等. 納米粒子的控制生長(zhǎng)和自組裝研究進(jìn)展[J]. 無(wú)機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào)， 2001, 17(3): 315~324 [2] J.Y.Li, X.L.Chen,H.Li. Fabrication of zinc oxide nanorods[J]. Journal of Crystal Growth, 2001,233:5～7 學(xué)術(shù)會(huì)議論文集 作者﹒論文題目﹒文集編者姓名﹒學(xué)術(shù)會(huì)議文集名稱(chēng)[C]，出版地：出版者，出版年份：頁(yè)次 例如： [3] 司宗國(guó) 謝去病 王群﹒重子湮沒(méi)快度關(guān)聯(lián)的研究﹒見(jiàn)趙維勤，高崇壽編﹒第五屆高能粒子產(chǎn)生和重離子碰撞理論研討會(huì)文集[C]，北京：中國(guó)高等科學(xué)技術(shù)中心，1996：105 圖書(shū) 著者﹒書(shū)名[M]﹒版本﹒出版地：出版者，出版年﹒頁(yè)次 如果該書(shū)是第一版則可以略去版次。 例如： [4]韓其智 孫洪洲﹒群論[M]﹒北京：北京大學(xué)出版社，1987﹒101 學(xué)位論文 作者﹒論文題目[D]﹒學(xué)士(或碩士、博士)學(xué)位論文. 出版地：出版者，出版年份 例如： [5] 陳異.納米粒子形貌控制研究[D]. 碩士學(xué)位論文. 北京：中國(guó)科學(xué)院, 2002 專(zhuān)利 專(zhuān)利所有者.專(zhuān)利名稱(chēng)[P]. 專(zhuān)利國(guó)別：專(zhuān)利號(hào)，日期. 例如： [6] 姜錫洲 . 一種溫?zé)嵬夥笏幹苽浞桨竅P]. 中國(guó)專(zhuān)利：881056073，1989-07-26. 報(bào)紙類(lèi) 作者.篇名[N].報(bào)紙名，出版日期（版次） [7] 李大倫.經(jīng)濟(jì)全球化的重要性[N].光明日?qǐng)?bào)，1998－12－27（3）