基于CAD/CFD的柴油机螺旋进气道研究
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摘要
论文以小缸径直喷式柴油机螺旋进气道为研究对象，探讨了计算机辅助设计(CAD)和计算流体力学(CFD)技术在螺旋进气道仿形和设计中的应用。论文的主要工作如下：
1．逆向仿形建立了某种型号的螺旋进气道三维实体模型。
2．分析了柴油机螺旋进气道建模的关键几何参数，交互完成气道参数化三维模型的建立。初步建立了柴油机螺旋进气道的计算机辅助设计系统，实现一定程度的自动化建模。
3．对所建立的模型进行了稳流实验台条件下气道-气门-气缸内的三维定常流动模拟计算，计算了不同气门升程下气道的性能评价参数。
本文的研究具有较强的实用性，建立的螺旋进气道表面保证了曲面片之间的二阶几何连续。专门针对螺旋进气道建立了计算机辅助设计系统，实现了气道三维模型的参数化，加快了建模的速度。最终用CFD软件对气道进行流动模拟计算，为设计优化提供判断依据。
This paper has a research on the helical intake port of direct injection diesel engine. Computer aided design (CAD) and computer fluid dynamics (CFD) methods are applied on the proto type copying and design of helical intake port. The main purposes of this paper are:
1. Set up one helical intake port model by reverse engineering.
2. Analysis the key geometry parameters of helical intake port modeling. A parametric three-dimensional model is achieved by interaction. And a computer aided parametric design system is set up. To some extent, the purpose of automated modeling is reached.
3. Perform fluid simulation on the helical intake port- valve- cylinder flow field under the condition of steady flow testing rig. The results under different valve lifts are gained.
The research of this paper is practically useful. The surface of three-dimensional port model is second-order geometry continuity. The helical intake port modeling computer aided design system can get a parametric model and can fasten the speed of modeling. Finally the fluid simulation is performed. And the results can be the basis for optimizing design of helical intake port.
1．逆向仿形建立了某种型号的螺旋进气道三维实体模型。
2．分析了柴油机螺旋进气道建模的关键几何参数，交互完成气道参数化三维模型的建立。初步建立了柴油机螺旋进气道的计算机辅助设计系统，实现一定程度的自动化建模。
3．对所建立的模型进行了稳流实验台条件下气道-气门-气缸内的三维定常流动模拟计算，计算了不同气门升程下气道的性能评价参数。
本文的研究具有较强的实用性，建立的螺旋进气道表面保证了曲面片之间的二阶几何连续。专门针对螺旋进气道建立了计算机辅助设计系统，实现了气道三维模型的参数化，加快了建模的速度。最终用CFD软件对气道进行流动模拟计算，为设计优化提供判断依据。
This paper has a research on the helical intake port of direct injection diesel engine. Computer aided design (CAD) and computer fluid dynamics (CFD) methods are applied on the proto type copying and design of helical intake port. The main purposes of this paper are:
1. Set up one helical intake port model by reverse engineering.
2. Analysis the key geometry parameters of helical intake port modeling. A parametric three-dimensional model is achieved by interaction. And a computer aided parametric design system is set up. To some extent, the purpose of automated modeling is reached.
3. Perform fluid simulation on the helical intake port- valve- cylinder flow field under the condition of steady flow testing rig. The results under different valve lifts are gained.
The research of this paper is practically useful. The surface of three-dimensional port model is second-order geometry continuity. The helical intake port modeling computer aided design system can get a parametric model and can fasten the speed of modeling. Finally the fluid simulation is performed. And the results can be the basis for optimizing design of helical intake port.
引文
1．常思勤 发动机气道设计方法及其应用研究．华中理工大学博士学位论文1998．11
2. C.Arcoumanls, etc. Swirl Generation by Helical Ports. SAE Paper 890790.1989:1367-1382
3．余俊 现代设计方法及应用．北京．中国标准出版社．2002(10)：877-884
4．李明等 逆向工程技术在模具制造中的应用．模具工业．1998(9)：3-6
5．蒋德明 内燃机原理 北京．中国农业机械出版社．1988．6：246-247
6．黄荣华 柴油机螺旋进气道主要结构参数对气流的影响．华中工学院学报．1988(1)：57-65
7．刘国俊 计算流体力学的地位、发展情况和发展趋势。航空计算技术．1994(1)：15-21
8．杨汶等 螺旋进气道-气门-气缸内空气运动的三维数值模拟．内燃机学报．1999(1)：59-62
9. James TL. Parametric Design of Helical Intake Ports. SAE Paper 950818. 1995.
10. R.D.Reitz, etc. Improvements in 3-D Modeling of Diesel Engine Intake Flow and Combustion. SAE Paper 921627. 1992：1624-1633
11. R.D.Reitz, etc. Progress in Diesel Engine Intake Flow and Combustion Modeling. SAE Paper 932458. 1993:2062-2072
12. William Church, etc. Effects of intake port geometry on large scale, in-cylinder flows.SAE Transactions Index 980484. 1.998:72
13. L.M.Mesaros, etc. Application of Computational mesh optimization techniques to heavy-duty diesel intake port modeling. SAE Transactions Index 1999-01-1182, 1999:158-159
14．何小明．多气门发动机气道现代设计方法研究．武汉理工大学硕士学位论文．2000．10：13-17
15．苏梅等．摩托车覆盖件计算机辅助设计．小型内燃机与摩托车2002(3)：28-30
16．夏兴兰 数值模拟方法在柴油机进气道改进中的作用．内燃机学报2002(5)：424-427
17．王志．螺旋进气道CAD／CFD优化设计方法的研究．小型内燃机与摩托车2003(2)：10-13．
18．周松等．螺旋气道结构参数对内燃机流场的影响．西安交通大学学报．2003(5)：456-458
19．施法中计算机辅助几何设计与非均匀有理B样条．北京．北京航空航天大学出版
社．1994．2：1-11、177-226
20．Unigraphics Solutions Inc．UG自由形状特征建模型培训教程．北京．清华大学出版社。2002．1：39-138
21．Von Milan Kacer,卞文昌译．柴油机螺旋气道CAD．柴油机1991(4)：33-34
22．韩晓等．柴油机螺旋进气道三维造型．车用发动机．1998(10)：39-41
23．齐国荣等．应用CAD研制内燃机进气道．小型内燃机．1995(5)：14-17
24．杨凤霞．逆向工程技术在摩托车测量造型中的应用研究．南京航空航天大学硕士学位论文2001．1：1-3
25．马秋成等．UG实用教程CAD篇．北京．机械工业出版社．2001．3：1-6
26．董伟等．小缸径直喷式柴油机螺旋进气道的设计．车用发动机．1999(4)：27-32
27．常思勤．车辆及其发动机CAD技术．北京．北京理工大学出版社．1998．9：192-208
28. Unigraphics Solutions Inc. UG/OPEN API编程基础．北京．清华大学出版社．2002.1:191-293
29. Unigraphics Solutions Inc. UG/OPEN GRIP实用编程基础．北京．清华大学出版社．2002.1: 1-5
30．戴锋．Visual C++程序设计基础．北京．清华大学出版社2001．4：1-3
31．李康．现代气道开发方法．汽车技术．2001(3)：1-4
32. S.F.Wang, etc. Investigation of the Helical Inlet Port. SAE Paper 982539. 1998.
33. R.Miller, etc.Acomparison of experimental and analytical steady-state intake port flow data using digital physics. SAE Transactions Index 1999-01-1183. 1999:159
34. Nigel F. Gale, etc. Diesel Engine Cylinder Head Design: The compromises and the Techniques. SAE Paper 900133.1990:247-259
35．李勇 介绍计算流体力学通用软件——Fluent．水动力学研究与进展．2001(2)：254-258
36．沈俊等．CFD在汽车空气动力学设计中的应用．汽车技术．2000(10)：1-4
37．王志等．基于CAD／CAM／CFD的发动机气道研究．内燃机工程．2002(3)：26-29
38．孙绍重 进气系统稳态流模拟和低流阻进气道的研制．吉林工业大学学报1989(4)：89-96
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