基于CFD的汽油機進氣歧管設(shè)計研究含開題及說明書

基于CFD的汽油機進氣歧管設(shè)計研究含開題及說明書,基于,CFD,汽油機,歧管,設(shè)計,研究,開題,說明書 XXXXXX設(shè)計開題報告學(xué) 生 姓 名：學(xué) 號：學(xué) 院：專 業(yè)：設(shè)計題目：基于CFD的汽油機進氣歧管設(shè)計研究指導(dǎo)教師:20XX 年 3 月 10 日設(shè) 計 開 題 報 告1選題依據(jù)：1.1選題依據(jù)汽車產(chǎn)業(yè)是國民經(jīng)濟重要的支柱產(chǎn)業(yè)，產(chǎn)業(yè)鏈長、關(guān)聯(lián)度高、就業(yè)面廣、消費拉動大，在國民經(jīng)濟和社會發(fā)展中發(fā)揮著重要作用1。進入21世紀以來，我國汽車產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展，形成了多品種、全系列的各類整車和零部件生產(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消費國和第二大汽車生產(chǎn)國。發(fā)動機作為汽車的心臟，為車輛提供動力，在整車上扮演著不可或缺的角色2。由于環(huán)境污染日益嚴重，能源危機愈演愈烈，因而汽車使用低污染節(jié)能發(fā)動機一直是政府和專業(yè)人士的目標3。因此，降低發(fā)動機的排放、提高其燃油經(jīng)濟性也就成為目前內(nèi)燃機工作者的當務(wù)之急。發(fā)動機在工作過程中需要一套進氣系統(tǒng)來為氣缸提供穩(wěn)定的新鮮充量，其進氣系統(tǒng)由空氣濾清器、進氣歧管、空氣濾清器與進氣管的連接管、缸蓋進氣道等組成。發(fā)動機中的氣體流動十分復(fù)雜，并具有三維、不定常流動和流動湍流性強等特點。進氣系統(tǒng)的優(yōu)劣在很大程度上影響了發(fā)動機的動力性、經(jīng)濟性和排放性等性能指針4。發(fā)動機進氣歧管的尺寸、形狀和布置等對進氣阻力、進氣均勻性以及充氣效率影響非常大，進而影響發(fā)動機的動力性、經(jīng)濟性和排放特性5。在現(xiàn)代發(fā)動機的研發(fā)中，提供足夠的新鮮空氣對發(fā)動機的性能指標有著重要的影響，因而進氣歧管的設(shè)計變得十分重要6。通過對流體力學(xué)等專業(yè)課程的學(xué)習(xí)，根據(jù)發(fā)動機進氣系統(tǒng)的工作原理，結(jié)合進氣歧管的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，本次選擇基于CFD的汽油機進氣歧管設(shè)計研究這個題目。1.2本課題研究的內(nèi)容，目的和意義本課題對C14DVVT發(fā)動機的進氣歧管進行設(shè)計研究，采用先進的進氣歧管設(shè)計方法，通過三維軟件CATIA建立三維模型，然后再以STL格式導(dǎo)出進氣歧管的計算域，之后將導(dǎo)出來的計算域?qū)肷虡I(yè)化CFD軟件FIRE中進行面網(wǎng)格、體網(wǎng)格的生成工作。運用FIRE自帶的網(wǎng)格生成工具生成進氣歧管計算網(wǎng)格。建立進氣歧管內(nèi)氣體流動的守恒方程、選用合適的數(shù)值計算方法、對氣體流動進行數(shù)值模擬分析運算。監(jiān)控各進氣管道的質(zhì)量流量、壓力分布、氣流速度等參數(shù)，分析各管道的進氣分配均勻性和流動阻力分布，找出進氣歧管設(shè)計的不合理之處，提出改進意見。對于進氣歧管的功用簡單的來說，進氣歧管是將燃油混合氣送入發(fā)動機缸蓋的一個組件，起到引導(dǎo)空氣流向的作用。同時也是其它管路和較小附件的一個支撐體。對汽油機進氣歧管進行設(shè)計研究，有利于發(fā)動機在以下三個方面進行提高（1）發(fā)動機動力性能，（2）發(fā)動機噪音，（3）發(fā)動機的排放。因此，對汽油機的進氣歧管進行設(shè)計研究，其目的就是能夠讓汽油機的動力性能提高，降低汽油機的噪音，讓進氣歧管更加輕量化，提高充氣效率，使各個氣缸進氣分配更加合理均勻3。對提高國內(nèi)的汽油機動力性，穩(wěn)定性，經(jīng)濟性等方面有很大的作用和意義7。1.3汽油機進氣歧管國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀：汽車輕量化是汽車工業(yè)發(fā)展方向之一，也是汽車廠乃至國家技術(shù)進步和先進程度的重要標志。傳統(tǒng)的進氣歧管是鑄件，目前大多數(shù)進氣歧管為鋁合金材料制成，由于進氣歧管結(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)動機進氣和電噴系統(tǒng)安裝要求，金屬進氣歧管設(shè)計制造工藝越來越復(fù)雜，成品率很難保證8。隨著歐排放標準的臨近，新型發(fā)動機進氣歧管要求配備電控可變進氣閥等復(fù)雜的內(nèi)部控制機構(gòu)，金屬進氣歧管已很難滿足未來進氣歧管的發(fā)展要求。為了達到減輕質(zhì)量降低油耗、提高發(fā)動機性能和降低排放等要求，歐洲的汽車商率先采用尼龍制造進氣歧管，隨后美國、日本、韓國各大汽車制造商相繼開發(fā)塑料進氣歧管9。塑料進氣歧管的國產(chǎn)化進程大致可分為以下三個階段：第一階段為全部引進階段。20世紀90 年代初，隨著一些合資汽車企業(yè)的成立，國外較先進的發(fā)動機產(chǎn)品生產(chǎn)線隨著一些引進車型被引入國內(nèi)10。在這一階段，塑料進氣歧管作為發(fā)動機的重要部件，其核心技術(shù)由外資方控制，進口成本很高。第二階段主要表現(xiàn)為一些外資企業(yè)直接在國內(nèi)生產(chǎn)。在此階段，外資企業(yè)將其在國外的塑料進氣歧管生產(chǎn)線及全套模具轉(zhuǎn)入到國內(nèi)，利用國內(nèi)廉價的勞動力，為其在國內(nèi)的合資廠提供配套的塑料進氣歧管，而塑料進氣歧管的設(shè)計研發(fā)工作仍在國外11。第三階段，隨著國內(nèi)汽車制造技術(shù)的不斷進步，一些國內(nèi)企業(yè)開始了塑料進氣歧管的研制和開發(fā)工作。塑料進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)動機方面的關(guān)鍵技術(shù)。但目前國內(nèi)大多數(shù)的塑料進氣歧管生產(chǎn)企業(yè)過去只是普通塑料制品的生產(chǎn)廠，他們大都不具備設(shè)計和生產(chǎn)發(fā)動機的技術(shù)能力，因此只能仿制一些已經(jīng)過時的塑料進氣歧管，他們的技術(shù)水平良莠不齊12。總體而言，目前國內(nèi)生產(chǎn)的塑料進氣歧管普遍存在技術(shù)水平低下、難以滿足發(fā)動機的工作要求的問題13。塑料進氣歧管有很多優(yōu)勢：塑料進氣歧管在設(shè)計和制造上要求非常高，性能要求非?？量?，目前只有少數(shù)幾個國家掌握該項技術(shù)。正是由于塑料進氣歧管的輕量化，成本低，內(nèi)表面非常光滑，氣流阻力小，低噪聲，設(shè)計自由度大等優(yōu)點，國內(nèi)的主機廠、配套制造方對這方面技術(shù)表示相當?shù)年P(guān)注，預(yù)測未來的中國市場在塑料進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。車用塑料一直是人們在汽車零部件設(shè)計及開發(fā)中的有效途徑和重要手段之一，而且在未來的十年里，解決現(xiàn)有許多汽車安全問題的關(guān)鍵還是在于塑料。塑料不僅使發(fā)動機系統(tǒng)更容易設(shè)計和裝配，而且也使發(fā)動機質(zhì)量更輕13 14,。發(fā)動機塑料進氣歧管可比鋁進氣歧管重量減輕以上，發(fā)動機動力性能得到 的提升，經(jīng)濟性和排放性也有相當改善，材料和制造成本都可得到降低15。本課題對C14DVVT發(fā)動機的進氣歧管進行設(shè)計研究。參考文獻1 竇昊.LJ276QE型汽油機進氣流場分析及優(yōu)化研究D，南寧：廣西大學(xué)，2010.2 牛玲，徐葳，白敏麗.某型發(fā)動機進氣歧管改型設(shè)計的CFD計算J.遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報，2011-2-30（1）:126-131.3 嚴昶，李豐軍，劉東航.CA4GE發(fā)動機塑料進氣歧管的開發(fā)J.汽車工藝與材料，2005-06：30-35.4 黃金申，村上光軍，胡樹根.汽車進氣歧管真空注型材料選用和工藝探討J浙江科技學(xué)院學(xué)報，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 張穎.從概念設(shè)計到產(chǎn)品制造美國MPI公司談塑料進氣歧管設(shè)計制造需要專業(yè)化經(jīng)驗N.企業(yè)報導(dǎo)，2004-10。7 韓同群.電噴發(fā)動機進氣管的設(shè)計與開發(fā)J.內(nèi)燃機工程，2005-26(3):22-26.8 許元默，帥石金，王建昕.電噴汽油機進氣歧管的CAD/CFD設(shè)計J.汽車工程，2002-24（4）:303-308.9 王莉發(fā)動機塑料進氣歧管的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢J.小型內(nèi)燃機與摩托車，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.缸內(nèi)直噴汽油機符合噴射進氣歧管設(shè)計D.天津：天津大學(xué)，2008-05.12 李丹汽油機塑料進氣歧管型腔設(shè)計方法研究D.天津：天津大學(xué)，2006-01-04.13 張勁.塑料車用進氣歧管和燃油箱的應(yīng)用及發(fā)展J.塑料工業(yè)，2007-35（3）：68-69. 14 朱茂強,鐘翔波.小排量汽油機進氣歧管優(yōu)化設(shè)計與實驗J.汽車工程師,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.設(shè) 計 開 題 報 告設(shè)計方案：2.1設(shè)計步驟：2.1.1根據(jù)給定的原始發(fā)動機（功率，排量，噴油方式等）參數(shù)以及經(jīng)驗公式初步計算進氣歧管的結(jié)構(gòu)尺寸(管徑，中心型線長度，穩(wěn)壓腔體積等).。2.1.2利用三維軟件CAD進行初步建模。2.1.3對三維模型進行CFD分析計算并提出優(yōu)化建議完善模型，最終定型。2.2設(shè)計進度安排2017年2月13日2017年3月10日；查閱相關(guān)文獻，參考書完成開題報告。2017年3月11日2017年3月31日；熟悉進氣歧管的設(shè)計特點及性能要求，建立進氣歧管三維CAD模型。2017年4月1日2017年5月14日；進行CFD流動計算，分析其流通特性及進氣均勻性。2017年5月15日2017年5月31日；編寫說明書及外文資料的翻譯。2017年6月1日2017年6月37日；圖紙，論文的整理。匯總。 .設(shè) 計 開 題 報 告指導(dǎo)教師意見： 指導(dǎo)教師： 年 月 日附件：參考文獻注釋格式學(xué)術(shù)期刊 作者論文題目J期刊名稱，出版年份，卷(期)：頁次如果作者的人數(shù)多于3人，則寫前三位作者的名字后面加“等”，作者之間以逗號隔開。例如：1 李峰,胡征,景蘇等. 納米粒子的控制生長和自組裝研究進展J. 無機化學(xué)學(xué)報， 2001, 17(3): 3153242 J.Y.Li, X.L.Chen,H.Li. Fabrication of zinc oxide nanorodsJ. Journal of Crystal Growth, 2001,233:57學(xué)術(shù)會議論文集 作者論文題目文集編者姓名學(xué)術(shù)會議文集名稱C，出版地：出版者，出版年份：頁次例如：3 司宗國 謝去病 王群重子湮沒快度關(guān)聯(lián)的研究見趙維勤，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文集C，北京：中國高等科學(xué)技術(shù)中心，1996：105圖書 著者書名M版本出版地：出版者，出版年頁次如果該書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，1987101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：中國科學(xué)院, 2002專利 專利所有者.專利名稱P. 專利國別：專利號，日期.例如：6 姜錫洲 . 一種溫熱外敷藥制備方案P. 中國專利：881056073，1989-07-26.報紙類 作者.篇名N.報紙名，出版日期（版次）7 李大倫.經(jīng)濟全球化的重要性N.光明日報，19981227（3）