基于CFD的汽油机进气歧管设计研究含开题及说明书

基于CFD的汽油机进气歧管设计研究含开题及说明书,基于,CFD,汽油机,歧管,设计,研究,开题,说明书 XXXX XX设计开题报告 学 生 姓 名： 学 号： 学 院： 专 业： 设计题目： 基于CFD的汽油机进气歧管设计研究 指导教师: 20XX 年 3 月 10 日 设 计 开 题 报 告 1．选题依据： 1.1选题依据 汽车产业是国民经济重要的支柱产业，产业链长、关联度高、就业面广、消费拉动大，在国民经济和社会发展中发挥着重要作用[1]。进入21世纪以来，我国汽车产业高速发展，形成了多品种、全系列的各类整车和零部件生产及配套体系，产业集中度不断提高，产品技术水平明显提升，已经成为世界第一大汽车消费国和第二大汽车生产国。发动机作为汽车的心脏，为车辆提供动力，在整车上扮演着不可或缺的角色[2]。  由于环境污染日益严重，能源危机愈演愈烈，因而汽车使用低污染节能发动机一直是政府和专业人士的目标[3]。因此，降低发动机的排放、提高其燃油经济性也就成为目前内燃机工作者的当务之急。 发动机在工作过程中需要一套进气系统来为气缸提供稳定的新鲜充量，其进气系统由空气滤清器、进气歧管、空气滤清器与进气管的连接管、缸盖进气道等组成。发动机中的气体流动十分复杂，并具有三维、不定常流动和流动湍流性强等特点。进气系统的优劣在很大程度上影响了发动机的动力性、经济性和排放性等性能指针[4]。  发动机进气歧管的尺寸、形状和布置等对进气阻力、进气均匀性以及充气效率影响非常大，进而影响发动机的动力性、经济性和排放特性[5]。在现代发动机的研发中，提供足够的新鲜空气对发动机的性能指标有着重要的影响，因而进气歧管的设计变得十分重要[6]。 通过对流体力学等专业课程的学习，根据发动机进气系统的工作原理，结合进气歧管的国内外发展现状，本次选择‘基于CFD的汽油机进气歧管设计研究’这个题目。 1.2本课题研究的内容，目的和意义 本课题对C14DVVT发动机的进气歧管进行设计研究，采用先进的进气歧管设计方法，通过三维软件CATIA建立三维模型，然后再以STL格式导出进气歧管的计算域，之后将导出来的计算域导入商业化CFD软件FIRE中进行面网格、体网格的生成工作。运用FIRE自带的网格生成工具生成进气歧管计算网格。建立进气歧管内气体流动的守恒方程、选用合适的数值计算方法、对气体流动进行数值模拟分析运算。监控各进气管道的质量流量、压力分布、气流速度等参数，分析各管道的进气分配均匀性和流动阻力分布，找出进气歧管设计的不合理之处，提出改进意见。 对于进气歧管的功用简单的来说，进气歧管是将燃油混合气送入发动机缸盖的一个组件，起到引导空气流向的作用。同时也是其它管路和较小附件的一个支撑体。对汽油机进气歧管进行设计研究，有利于发动机在以下三个方面进行提高（1）发动机动力性能，（2）发动机噪音，（3）发动机的排放。因此，对汽油机的进气歧管进行设计研究，其目的就是能够让汽油机的动力性能提高，降低汽油机的噪音，让进气歧管更加轻量化，提高充气效率，使各个气缸进气分配更加合理均匀[3]。对提高国内的汽油机动力性，稳定性，经济性等方面有很大的作用和意义[7]。 1.3汽油机进气歧管国内外发展现状： 汽车轻量化是汽车工业发展方向之一，也是汽车厂乃至国家技术进步和先进程度的重要标志。传统的进气歧管是铸件，目前大多数进气歧管为铝合金材料制成，由于进气歧管结构复杂，一般都采用金属磨砂型铸造，其表面粗糙、充气阻力大、质量大，外为满足发动机进气和电喷系统安装要求，金属进气歧管设计制造工艺越来越复杂，成品率很难保证[8]。随着欧Ⅳ排放标准的临近，新型发动机进气歧管要求配备电控可变进气阀等复杂的内部控制机构，金属进气歧管已很难满足未来进气歧管的发展要求。为了达到减轻质量降低油耗、提高发动机性能和降低排放等要求，欧洲的汽车商率先采用尼龙制造进气歧管，随后美国、日本、韩国各大汽车制造商相继开发塑料进气歧管[9]。塑料进气歧管的国产化进程大致可分为以下三个阶段：第一阶段为全部引进阶段。20世纪90 年代初，随着一些合资汽车企业的成立，国外较先进的发动机产品生产线随着一些引进车型被引入国内[10]。在这一阶段，塑料进气歧管作为发动机的重要部件，其核心技术由外资方控制，进口成本很高。第二阶段主要表现为一些外资企业直接在国内生产。在此阶段，外资企业将其在国外的塑料进气歧管生产线及全套模具转入到国内，利用国内廉价的劳动力，为其在国内的合资厂提供配套的塑料进气歧管，而塑料进气歧管的设计研发工作仍在国外[11]。第三阶段，随着国内汽车制造技术的不断进步，一些国内企业开始了塑料进气歧管的研制和开发工作。塑料进气歧管是一种高技术含量的产品，其中包含了很多发动机方面的关键技术。但目前国内大多数的塑料进气歧管生产企业过去只是普通塑料制品的生产厂，他们大都不具备设计和生产发动机的技术能力，因此只能仿制一些已经过时的塑料进气歧管，他们的技术水平良莠不齐[12]。总体而言，目前国内生产的塑料进气歧管普遍存在技术水平低下、难以满足发动机的工作要求的问题[13]。塑料进气歧管有很多优势：塑料进气歧管在设计和制造上要求非常高，性能要求非常苛刻，目前只有少数几个国家掌握该项技术。正是由于塑料进气歧管的轻量化，成本低，内表面非常光滑，气流阻力小，低噪声，设计自由度大等优点，国内的主机厂、配套制造方对这方面技术表示相当的关注，预测未来的中国市场在塑料进气歧管方面将有很大的发展空间[14]。塑料制品不仅能减少零件质量，而且能降低噪音。车用塑料一直是人们在汽车零部件设计及开发中的有效途径和重要手段之一，而且在未来的十年里，解决现有许多汽车安全问题的关键还是在于塑料。塑料不仅使发动机系统更容易设计和装配，而且也使发动机质量更轻[13] [14],。发动机塑料进气歧管可比铝进气歧管重量减轻５０％以上，发动机动力性能得到５％ ～１０％的提升，经济性和排放性也有相当改善，材料和制造成本都可得到降低[15]。本课题对C14DVVT发动机的进气歧管进行设计研究。 参考文献 [1] 窦昊.LJ276QE型汽油机进气流场分析及优化研究[D]，南宁：广西大学，2010. [2] 牛玲，徐葳，白敏丽.某型发动机进气歧管改型设计的CFD计算[J].辽宁工程技术大学学报，2011-2-30（1）:126-131. [3] 严昶，李丰军，刘东航.CA4GE发动机塑料进气歧管的开发[J].汽车工艺与材料，2005-06：30-35. [4] 黄金申，村上光军，胡树根.汽车进气歧管真空注型材料选用和工艺探讨[J]．浙江科技学院学报，2009-09-21（3）：185-187. [5] R.R.Matrin，I.A.Stroud，A.D.Marshall.Data Reduction for Reverse Engineeing，Computer and Automation Institute of Academy of Science. 1996-02:289-301. [6] 张颖.从概念设计到产品制造——美国MPI公司谈塑料进气歧管设计制造需要专业化经验[N].企业报导，2004-10。 [7] 韩同群.电喷发动机进气管的设计与开发[J].内燃机工程，2005-26(3):22-26. [8] 许元默，帅石金，王建昕.电喷汽油机进气歧管的CAD/CFD设计[J].汽车工程，2002-24（4）:303-308. [9] 王莉．发动机塑料进气歧管的应用现状与发展趋势[J].小型内燃机与摩托车，2007-36（3）：83-86. [10] Suzanne Caulfield，Brandon Rubenstein and Jay K. Martin，Paul Ruppel and Mark Meyer.Comparison Between CFD Predictions and Measurements of Inlet Port Discharge Coefficient and Flow Characteristics，SAE,1999-01-3339. [11] 周振巍.缸内直喷汽油机符合喷射进气歧管设计[D].天津：天津大学，2008-05. [12] 李丹．汽油机塑料进气歧管型腔设计方法研究[D].天津：天津大学，2006-01-04. [13] 张劲.塑料车用进气歧管和燃油箱的应用及发展[J].塑料工业，2007-35（3）： 68-69. [14] 朱茂强,钟翔波.小排量汽油机进气歧管优化设计与实验[J].汽车工程师,2011-09. [15] Wenyu Pan，Yingjin Cui,James H.Leylek.ACFD Study of Losses in a Straight2Six Diesel Engine [C]. SAE paper ，1999-12-30. 设 计 开 题 报 告 ２．设计方案： 2.1设计步骤： 2.1.1根据给定的原始发动机（功率，排量，喷油方式等）参数以及经验公式初步计算进气歧管的结构尺寸(管径，中心型线长度，稳压腔体积等).。 2.1.2利用三维软件CAD进行初步建模。 2.1.3对三维模型进行CFD分析计算并提出优化建议完善模型，最终定型。 2.2设计进度安排 2017年2月13日——2017年3月10日；查阅相关文献，参考书完成开题报告。 2017年3月11日——2017年3月31日；熟悉进气歧管的设计特点及性能要求，建立进气歧管三维CAD模型。 2017年4月1日——2017年5月14日；进行CFD流动计算，分析其流通特性及进气均匀性。 2017年5月15日——2017年5月31日；编写说明书及外文资料的翻译。 2017年6月1日——2017年6月37日；图纸，论文的整理。汇总。 . 设 计 开 题 报 告 指导教师意见： 指导教师： 年 月 日 附件：参考文献注释格式 学术期刊 作者﹒论文题目[J]﹒期刊名称，出版年份，卷(期)：页次 如果作者的人数多于3人，则写前三位作者的名字后面加“等”，作者之间以逗号隔开。例如： [1] 李峰,胡征,景苏等. 纳米粒子的控制生长和自组装研究进展[J]. 无机化学学报， 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 学术会议论文集 作者﹒论文题目﹒文集编者姓名﹒学术会议文集名称[C]，出版地：出版者，出版年份：页次 例如： [3] 司宗国 谢去病 王群﹒重子湮没快度关联的研究﹒见赵维勤，高崇寿编﹒第五届高能粒子产生和重离子碰撞理论研讨会文集[C]，北京：中国高等科学技术中心，1996：105 图书 著者﹒书名[M]﹒版本﹒出版地：出版者，出版年﹒页次 如果该书是第一版则可以略去版次。 例如： [4]韩其智 孙洪洲﹒群论[M]﹒北京：北京大学出版社，1987﹒101 学位论文 作者﹒论文题目[D]﹒学士(或硕士、博士)学位论文. 出版地：出版者，出版年份 例如： [5] 陈异.纳米粒子形貌控制研究[D]. 硕士学位论文. 北京：中国科学院, 2002 专利 专利所有者.专利名称[P]. 专利国别：专利号，日期. 例如： [6] 姜锡洲 . 一种温热外敷药制备方案[P]. 中国专利：881056073，1989-07-26. 报纸类 作者.篇名[N].报纸名，出版日期（版次） [7] 李大伦.经济全球化的重要性[N].光明日报，1998－12－27（3）