FSAE進氣系統(tǒng)設(shè)計與分析

1、目 錄摘 要1ABSTRACT20 引言41 緒論41.1 大學(xué)生方程式汽車大賽簡介41.2 汽車發(fā)動機進氣系統(tǒng)的簡介61.2.1 定義61.2.2 基本構(gòu)成61.2.3 進氣形式71.3 汽車發(fā)動機進氣系統(tǒng)發(fā)展趨勢81.4 FSAE賽車進氣系統(tǒng)與量產(chǎn)車比較111.4.1 FSAE規(guī)則對進氣系統(tǒng)限制111.4.2 FSAE賽車進氣系統(tǒng)主要構(gòu)成131.5 國內(nèi)外FSAE賽車進氣系統(tǒng)現(xiàn)狀與發(fā)展142 進氣系統(tǒng)方案設(shè)計162.1 進氣系統(tǒng)設(shè)計流程162.2 確定進氣形式182.3 確定進氣系統(tǒng)材料與制造工藝222.4 節(jié)氣門體類型選擇233 設(shè)定進氣系統(tǒng)各部件基本參數(shù)253.1 系統(tǒng)參數(shù)253.2

2、空氣濾清器253.3 限流閥開口263.4 限流閥263.5 限流閥擴散器273.6 穩(wěn)壓腔283.7 進氣道293.8.1 進氣管方案一293.8.2 進氣管方案二303.8.3 進氣管方案三313.9 方案的論證與選擇313.10 利用赫爾姆霍茲（Helmholtz）進氣諧振原理驗算334 進氣系統(tǒng)做流體動力學(xué)分析354.1 分析軟件介紹354.2 模型網(wǎng)格劃分與邊界條件初步定義374.3 整體分析384.3.1 進氣管方案二整體分析384.3.2 進氣管方案三整體分析404.4 確定進氣系統(tǒng)方案424.5 擴散器理想錐角的CFD模擬424.5.1 6錐角擴散器分析424.5.2 7錐角擴

3、散器分析444.5.3 8錐角擴散器分析464.5.4 擴散器對比論證474.6 燃油霧化效果模擬485 進氣系統(tǒng)制造工藝及裝配485.1 零件制造485.2 裝配與安裝506 結(jié)論與展望526.1 結(jié)論526.2 展望53參考文獻54譯文56原文說明71摘 要本畢業(yè)設(shè)計課題來自我校第二屆FSAE賽車項目課題。FSAE賽事中文名稱為大學(xué)生方程式賽，是上世紀70年代由美國汽車工程師協(xié)會發(fā)起，三十一年以來發(fā)展至世界各地，致力于培養(yǎng)汽車方向的大學(xué)生各方面綜合能力。此項賽事結(jié)合了專業(yè)知識與工程實踐能力，有利于提高大學(xué)生的汽車和零部件的自主研發(fā)能力。本文以2011年全國第二屆FSAE大學(xué)生方程式賽為背景

4、，設(shè)計研發(fā)一輛符合參賽規(guī)則的方程式賽車。FSAE賽車進氣系統(tǒng)以減少進氣阻力，增強發(fā)動機充氣效率，增強動力的同時要使賽車手便于操控為目標，對進氣系統(tǒng)進行合理的設(shè)計。通過調(diào)研國外資料并結(jié)合發(fā)動機特性確定進氣形式，論文確定了賽車的進氣設(shè)計方案，并對其進行詳細闡述，再利用進氣管設(shè)計公式計算所需工況的進氣歧管參數(shù)，使用CATIA對進氣管三維建模，根據(jù)建模后的幾何參數(shù)，利用赫爾姆霍茲進氣諧振原理對其進行驗算，最后使用Fluent進行仿真分析，結(jié)果表明，所設(shè)計的進氣系統(tǒng)能夠滿足FSAE賽車的要求，并根據(jù)仿真分析結(jié)果，進行幾何形狀優(yōu)化。本文的主要工作是初步實現(xiàn)了在理論上對FSAE賽車的進氣系統(tǒng)做設(shè)計與分析，進

5、一步了解FSAE賽車發(fā)動機進氣的設(shè)計要求和特點。這對FSAE賽車發(fā)動機性能改進有著實際意義。關(guān)鍵詞：發(fā)動機進氣，設(shè)計，流體力學(xué)分析，F(xiàn)luent，文氏管Intake Design of FSAE CarABSTRACTThis graduation project topic comes from the self-school second session of FSAE vehicle race project topic. The sports event FSAE in Chinese name the university student formula match, was ini

6、tiated in the 1970s by American automobile Engineer, since 31 years have developed to the world, devote in raise automotive university student various aspects synthesizing capacity. This sports event unified the specialized knowledge and the project practical ability, is advantageous in enhancing un

7、iversity students self independent research and development ability in automobile and parts. This article take 2011 national second session of FSAE the university student formula match as the background, the design researches and develops one to conform to the participative rule formula car. The goa

8、l of FSAE racing car intake system is reducing the intake resistance, strengthen the engine charge efficiency, enhance the power at the same time must make the racing driver to be advantageous for the control, carries on the reasonable design to the intake system. The paper had determined racing car

9、s intake design proposal, and unifies the engine performance determination intake form through the investigation and study overseas material, and carries on the detailed elaboration to it, needs the operating mode again using the intake tube design formula computation the intake manifold parameter,

10、uses CATIA for the intake manifold modeling, after the modeling geometric parameter, this intake resonance principle carries on the checking calculation using Helmholtz resonance principle to it, finally uses Fluent to carry on the simulation. The result said that this design is accord with the dema

11、nd of FSAE,and the comparative analysis results and makes the optimization for its geometrical shape. The prime task of the article was realizes initially has made the design and the analysis theoretically to the FSAE race cars intake system, further understood the FSAE racing car engines intake des

12、ign requirements and the characteristic. This has the practical significance to the FSAE racing car engine performance improvement Key Words： engine intake, design, CFD, Fluent，Venturi.FSAE賽車進氣系統(tǒng)設(shè)計與分析鄒瑜辰 0 引言 賽車，一個熟悉而又陌生的名字。眾所周知，賽車運動是流行于世界各地汽車工業(yè)發(fā)達國家的熱門運動，不同于一般的體育運動，賽車研發(fā)的尖端科技往往被逐步引入民用車中，造福于整個汽車工業(yè)的發(fā)展。

13、FSAE賽事則是致力于從培養(yǎng)汽車工程方向的在校大學(xué)生，研究生的創(chuàng)造力，實踐能力。對于大學(xué)生而言，使用8至12個月去自助設(shè)計并制造一輛方程式賽車是個巨大的挑戰(zhàn)，是理論與實踐相結(jié)合的充分體現(xiàn)。本文正是結(jié)合上海工程技術(shù)大學(xué)2011屆FSAE車隊的實際工作，完成了一套FSAE賽車發(fā)動機進氣系統(tǒng)的設(shè)計。1 緒論1.1 大學(xué)生方程式汽車大賽簡介大學(xué)生方程式賽車(Formula SAE)在國際上被視為“學(xué)界的F1方程式賽車”。該賽事不單單是一項賽車競技，更是一項賽車設(shè)計與團隊運作的綜合競賽。作為美國汽車工程師協(xié)會于1979年創(chuàng)辦的賽事，F(xiàn)SAE已經(jīng)有三十一年的歷史了，目前舉辦該賽事的國家除美、英、德、意、澳

14、及巴西，日本也于幾年前加入推廣這項比賽，此賽事致力于培養(yǎng)及訓(xùn)練車輛工程研發(fā)設(shè)計人才。該賽事于2010年正式進入中國，由中國汽車工程師協(xié)會承辦，第一年便得到廣大具有汽車工程特色的學(xué)校響應(yīng)，超過20支車隊參加了第一屆比賽的報名。然而，在此之前，湖南大學(xué) HNU車隊已作為國內(nèi)首支車隊于 2007年6月參加了在美國加州舉行的 SAE 方程式賽車比賽，并取得了比較好的成績，隨后同濟、廈門理工、上海交大也相繼遠赴海外參加到這項賽事中。圖1.1 首次代表中國出征的湖南大學(xué)HNU車隊FSAE賽事能進入中國是件值得高興的事。這不僅能夠提供大學(xué)生們親自參與設(shè)計制造的機會，更促進了與其他院校的學(xué)生交流的機會，并更深

15、入地接觸社會，培養(yǎng)了學(xué)生的綜合能力，同時也能通過FSAE賽車來展示我校汽車學(xué)院的風采，這無疑是一件雙贏的事。1.2 汽車發(fā)動機進氣系統(tǒng)的簡介1.2.1 定義汽車的進氣系統(tǒng)是把空氣或混合氣導(dǎo)入發(fā)動機氣缸的零部件集合體。發(fā)動機是工程機械的心臟，而進氣系統(tǒng)則是發(fā)動機的動脈，進氣系統(tǒng)的合理性直接影響發(fā)動機的性能、壽命，從而影響整機的性能、壽命及環(huán)保性。進氣系統(tǒng)的功能是為發(fā)動機提供清潔、干燥、充足的空氣，系統(tǒng)中主要組件空濾器、管路及其設(shè)計安裝將直接影響發(fā)動機功能的發(fā)揮、工作的穩(wěn)定性、可靠性，甚至大大縮短其壽命。1.2.2 基本構(gòu)成進氣系統(tǒng)包含了空氣濾清器、進氣歧管、進氣門機構(gòu)?？諝饨?jīng)空氣濾清器過濾掉雜質(zhì)

16、后，流過空氣流量計，經(jīng)由進氣道進入進氣歧管，與噴油嘴噴出的汽油混合后形成適當比例的油氣，由進氣門送入氣缸內(nèi)點火燃燒，產(chǎn)生動力。1- 節(jié)氣門體；2-進氣管后段；3-空氣流量計；4-空氣濾清器 5-進氣管前段圖1.2 發(fā)動機進氣系統(tǒng)構(gòu)成1.2.3 進氣形式 汽車的進氣方式主要分為三大類：（1）自然進氣：汽車最傳統(tǒng)的進氣方式，一般的引擎是以氣缸內(nèi)產(chǎn)生的負壓力，將外部空氣吸入，這種方式稱之為自然吸氣（Naturally Aspirated），簡稱NA。（2）渦輪增壓：渦輪增壓器的兩側(cè)渦輪葉片鏈接發(fā)動機的進氣管與排氣管，在引擎運作的情況下，利用排出的廢氣推動排氣渦輪葉片，從而帶動進氣渦輪葉片吸入空氣，并

17、利用離心增壓原理通過殼體管道排出，進入發(fā)動機的進氣管，達到增壓效果，使進氣量增大，實現(xiàn)更大的動力輸出。（3）機械增壓：這個裝置安裝在發(fā)動機上并由皮帶與發(fā)動機曲軸相連接，從發(fā)動機輸出軸獲得動力來驅(qū)動增壓器的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，從而將空氣增壓吹到進氣岐道里。其優(yōu)點是渦輪轉(zhuǎn)速和發(fā)動機相同，因此沒有滯后現(xiàn)象，動力輸出非常流暢。但是由于裝在發(fā)動機轉(zhuǎn)動軸里面，因此還是消耗了部分動力，增壓出來的效果并不高。1.3 汽車發(fā)動機進氣系統(tǒng)發(fā)展趨勢近年來，汽車發(fā)動機進氣技術(shù)的革新主要體現(xiàn)在“可變”這一思想上。由于汽車發(fā)動機的工況可能每時每刻都在改變，不同的轉(zhuǎn)速與負荷有著相對應(yīng)的進排氣系統(tǒng)理想?yún)?shù)。但是早前的發(fā)動機，進氣系統(tǒng)是

18、不可變的，故只能在一個特定的工況范圍中才能被評判為最理想。而現(xiàn)代的可變進氣管長度，可變氣門正時，可變截面渦輪增壓，可變渦流控制，可變氣門升程等技術(shù)都是為了更好地去匹配發(fā)動機運轉(zhuǎn)中隨時而變的工況，以提高充氣效率。目前最主流的則是分別以日本豐田汽車公司VVT技術(shù)和本田汽車公司VTEC技術(shù)為代表的兩種可變配氣技術(shù)?？勺兣錃饧夹g(shù)，從大類上分，包括可變氣門正時和可變氣門行程兩大類。氣門是由發(fā)動機的曲軸通過凸輪軸帶動的，氣門的配氣正時取決于凸輪軸的轉(zhuǎn)角。在發(fā)動機運轉(zhuǎn)的時候，需要讓更多的新鮮空氣進入到燃燒室，讓廢氣能盡可能的排出燃燒室，最好的解決方法就是讓進氣門提前打開，讓排氣門推遲關(guān)閉。這樣，在進氣行程和

19、排氣行程之間，就會發(fā)生進氣門和排氣門同時打開的情況，這種進排氣門之間的重疊被稱為氣門疊加角。在普通的發(fā)動機上，進氣門和排氣門的開閉時間是固定不變的，氣門疊加角也是固定不變的，是根據(jù)試驗而取得的最佳配氣定時，在發(fā)動機運轉(zhuǎn)過程中是不能改變的。然而發(fā)動機轉(zhuǎn)速的高低對進，排氣流動以及氣缸內(nèi)燃燒過程是有影響的。轉(zhuǎn)速高時，進氣氣流流速高，慣性能量大，所以希望進氣門早些打開，晚些關(guān)閉，使新鮮氣體順利充入氣缸，盡量多一些混合氣或空氣。反之在在發(fā)動機轉(zhuǎn)速較低時，進氣流速低，流動慣性能量也小，如果進氣門過早開啟，由于此時活塞正上行排氣，很容易把新鮮空氣擠出氣缸，使進氣反而少了，發(fā)動機工作不穩(wěn)定。因此，沒有任何一種

20、固定的氣門疊加角設(shè)置能讓發(fā)動機在高低轉(zhuǎn)速時都能完美輸出的，如果沒有可變氣門正時技術(shù)，發(fā)動機只能根據(jù)其匹配車型的需求，選擇最優(yōu)化的固定的氣門疊加角。例如，賽車的發(fā)動機一般都采用較小的氣門疊加角，以有利于高轉(zhuǎn)速時候的動力輸出。而普通的民用車則采用適中的氣門疊加角，同時兼顧高速和低速是的動力輸出，但在低轉(zhuǎn)速和高轉(zhuǎn)速時會損失很多動力。而可變氣門正時技術(shù)，就是通過技術(shù)手段，實現(xiàn)氣門疊加角的可變來解決這一矛盾。 VVT-i 是豐田公司的智能可變氣門正時系統(tǒng)的英文縮寫。VVT-i可以連續(xù)調(diào)節(jié)氣門正時，但不能調(diào)節(jié)氣門升程。它的工作原理是：當發(fā)動機由低速向高速轉(zhuǎn)換時，電子計算機就自動地將機油壓向進氣凸輪軸驅(qū)動齒

21、輪內(nèi)的小渦輪，這樣，在壓力的作用下，小渦輪就相對于齒輪殼旋轉(zhuǎn)一定的角度，從而使凸輪軸在60的范圍內(nèi)向前或向后旋轉(zhuǎn)，從而改變進氣門開啟的時刻，達到連續(xù)調(diào)節(jié)氣門正時的目的。90年代初，日本本田公司推出一種即可改變配氣正時，又能改變氣門運動規(guī)律的可變配氣定時升程的控制機構(gòu)，是世界上第一個能同時控制氣門開閉時間及升程等兩種不同情況的氣門控制系統(tǒng)。就是現(xiàn)在大家耳熟能詳?shù)腣TEC機構(gòu)：一般發(fā)動機每缸氣門組只由一組凸輪驅(qū)動，而VTEC系統(tǒng)的發(fā)動機卻有中低速用和高速用兩組不同的氣門驅(qū)動凸輪，并可通過電子控制系統(tǒng)的自動操縱，進行自動轉(zhuǎn)換。采用VTEC系統(tǒng)，保證了發(fā)動機中低速與高速不同的配氣相位及進氣量的要求，使

22、發(fā)動機無論在何速率運轉(zhuǎn)都達到動力性、經(jīng)濟性與低排放的統(tǒng)一和極佳狀態(tài)。需要說明的是，發(fā)動機采用可變配氣定時技術(shù)獲得上述好處的同時，沒有任何負面影響，換句話說，就是沒有對于發(fā)動機的工作強度提出更高的要求。VTEC的設(shè)計就好像采用了兩根不同的凸輪軸似的，一根用于低轉(zhuǎn)速，一根用于高轉(zhuǎn)速，但是VTEC發(fā)動機的不同之處就在于將這樣兩種不同的凸輪軸設(shè)計在了一根凸輪軸上。本田發(fā)動機進氣凸輪軸中，除了原有控制兩個氣門的一對凸輪（主凸輪和次凸輪）和一對搖臂（主搖臂和次搖臂）外，還增加了一個較高的中間凸輪和相應(yīng)的搖臂（中間搖臂），三根搖臂內(nèi)部裝有由液壓控制移動的小活塞。發(fā)動機低速時，小活塞在原位置上，三根搖臂分離，

23、主凸輪和次凸輪分別推動主搖臂和次搖臂，控制兩個進氣門的開閉，氣門升量較少，情形好像普通的發(fā)動機。雖然中間凸輪也推動中間搖臂，但由于搖臂之間已分離，其它兩根搖臂不受它的控制，所以不會影響氣門的開閉狀態(tài)。發(fā)動機達到某一個設(shè)定的高轉(zhuǎn)速時，電腦即會指令電磁閥啟動液壓系統(tǒng)，推動搖臂內(nèi)的小活塞，使三根搖臂鎖成一體，一起由中間凸輪驅(qū)動，由于中間凸輪比其它凸輪都高，升程大，所以進氣門開啟時間延長，升程也增大了。當發(fā)動機轉(zhuǎn)速降低到某一個設(shè)定的低轉(zhuǎn)速時，搖臂內(nèi)的液壓也隨之降低，活塞在回位彈簧作用下退回原位，三根搖臂分開。整個VTEC系統(tǒng)由發(fā)動機電子控制單元（ECU）控制，ECU接收發(fā)動機傳感器（包括轉(zhuǎn)速、進氣壓力

24、、車速、水溫等）的參數(shù)并進行處理，輸出相應(yīng)的控制信號，通過電磁閥調(diào)節(jié)搖臂活塞液壓系統(tǒng)，從而使發(fā)動機在不同的轉(zhuǎn)速工況下由不同的凸輪控制，影響進氣門的開度和時間。本田的VTEC發(fā)動機技術(shù)已經(jīng)推出了十年左右了，事實也證明這種設(shè)計是可靠的。它可以提高發(fā)動機在各種轉(zhuǎn)速下的性能，無論是低速下的燃油經(jīng)濟性和運轉(zhuǎn)平順性還是高速下的加速性。在電子控制閥門機構(gòu)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的凸輪機構(gòu)之前，本田的VTEC技術(shù)在目前可以說是一種很好的方法。1.4 FSAE賽車進氣系統(tǒng)與量產(chǎn)車比較1.4.1 FSAE規(guī)則對進氣系統(tǒng)限制（1）進氣系統(tǒng)必須不超出外框，也就是從防滾架頂部到四個輪胎的外緣的連線外處。（2）節(jié)氣門必須為機械控制，如通

25、過拉線或連桿系統(tǒng)。禁止使用電子節(jié)氣門（ETC）或類似的線控系統(tǒng)。（3）為限制發(fā)動機功率，一個內(nèi)部截面為圓形的限流閥必須安裝在進氣系統(tǒng)的節(jié)氣門與發(fā)動機之間，并且所有發(fā)動機的進氣氣流都應(yīng)流經(jīng)此限流閥。且使用汽油為燃料的限流閥直徑最大為20mm。（4）若使用增壓器，限流閥必須安裝在增壓設(shè)備與化油器或節(jié)氣門之間。因此，唯一允許的順序為：節(jié)氣門、限流閥、增壓設(shè)備、發(fā)動機。圖1.3 外框后視圖圖1.4 外框側(cè)視圖Nozzle-限流閥開口；20mm Restrictor-20mm 限流閥；Diffuser-擴散器圖1.5 限流閥及文氏管結(jié)構(gòu)1.4.2 FSAE賽車進氣系統(tǒng)主要構(gòu)成圖1.6 FSAE發(fā)動機總成

26、結(jié)構(gòu)圖構(gòu)成：空氣濾清器，限流閥開口，節(jié)氣門體，限流閥，渦輪/機械增壓器，限流閥擴散器，穩(wěn)壓腔，進氣道。 由于規(guī)則對進氣的限制，限流閥及相對應(yīng)的限流閥擴散器，穩(wěn)壓腔成為了FSAE賽車進氣系統(tǒng)有別于民用車的特別之處。此外，賽車的進氣系統(tǒng)以發(fā)揮發(fā)動機最大性能為目的，故進氣歧管應(yīng)按照賽車最佳加速性工況，也就是讓發(fā)動機發(fā)揮出高轉(zhuǎn)速動力輸出區(qū)域，使其在7000rpm至11000rpm時起到進氣諧振作用，進氣歧管將會相較于民用車而顯得短。 此外，因為專用ECU控制模塊的功能局限性，目前并沒有引入可變技術(shù)在FSAE賽車進氣系統(tǒng)中的案例。1.5 國內(nèi)外FSAE賽車進氣系統(tǒng)現(xiàn)狀與發(fā)展2010年中國第一屆FSAE大

27、學(xué)生方程式賽，由于組委會限定所有車隊必須使用統(tǒng)一規(guī)格的春風CF188，單缸化油器水冷發(fā)動機，國內(nèi)的現(xiàn)狀則是部分車隊保留其化油器裝置，則進氣系統(tǒng)無特別設(shè)計要求，對于化油器喉管而言，位于喉管之前的任何零件只要求使進氣氣流越順暢越好。而部分學(xué)校車隊，對發(fā)動機改裝了春風公司為CF188配備的電控電噴模塊，進氣系統(tǒng)則可以按照FSAE常規(guī)的自然進氣方案對其設(shè)計。也有少部分學(xué)校做得比較超越，他們不但為發(fā)動機換上電控模塊，還為其加裝了增壓裝置，例如吉林大學(xué)為CF188改造了渦輪增壓進氣系統(tǒng)。但由于改裝渦輪增壓需要面臨很多有待解決的問題，在沒有充分的經(jīng)驗和手段下，很可能使發(fā)動機工作出現(xiàn)問題。吉林大學(xué)的賽車則在2

28、010年FSAE大賽的耐久賽中因為發(fā)動機過熱冒煙而沒能完成該項目的比賽。圖1.7為2010年吉林大學(xué)車隊為CF188加裝渦輪增壓器和中央冷卻器的進氣系統(tǒng)。圖1.7 2010年吉林大學(xué)裝備渦輪增壓的進氣系統(tǒng) 2011年國內(nèi)取消了對發(fā)動機規(guī)格的限制，凡是610cc以下的發(fā)動機可由車隊自由選擇，例如我校選擇的本田CBR600 F4i本身已是電控發(fā)動機，選擇使用強制進氣的車隊將涌現(xiàn)的更為頻繁，而成果怎樣，讓我們拭目以待。 至于國外對于FSAE進氣系統(tǒng)的發(fā)展則與國內(nèi)有所不同，曾經(jīng)在與勞倫斯理工大學(xué)車隊交談時，他們提到，很多人會嘗試去為發(fā)動機加裝渦輪增壓，往往只看到了其正面的影響，那就是動力獲得提升，但是

29、渦輪增壓帶來的負面影響遠遠超出了他們的想象，他們車隊使用了四年的渦輪增壓，可是仍然有許多問題未能處理好，弊端也同時無法避免，于是在今年，他們放棄了使用渦輪增壓而回歸自然進氣。這是他們的選擇也是很多車隊地選擇。事實上，在剛剛順利舉辦完畢的美國密切跟FSAE大賽上，事實證明，排名靠前的都是使用自然進氣的車隊。圖1.8為2010年取得優(yōu)異成績的密歇根州立大學(xué)車隊的自然進氣系統(tǒng)。圖1.8 2010年密歇根州立大學(xué)FSAE進氣系統(tǒng)2 進氣系統(tǒng)方案設(shè)計2.1 進氣系統(tǒng)設(shè)計流程 進氣系統(tǒng)設(shè)計首先是要了解發(fā)動機自身特性。此次使用的本田CBR600 F4i發(fā)動機是來自本田高性能公路摩托車CBR600的一款摩托車

30、發(fā)動機。發(fā)動機，離合器，變速器為一體式結(jié)構(gòu)，變速器末端以鏈輪直接輸出。表2.1 相關(guān)技術(shù)參數(shù)發(fā)動機型號本田CBR600 F4i發(fā)動機形式直列四缸，雙頂置凸輪軸發(fā)動機排量599cc發(fā)動機重量59kg著火順序1-2-4-3冷卻形式水冷潤滑形式壓力潤滑，濕式油底殼壓縮比12:1進氣門早開遲閉角早開22遲閉43最高功率輸出約70ps/9000rpm（有限流閥）最高扭矩輸出約60Nm/8000rpm（有限流閥） 圖2.1 本田CBR600 F4i摩托車其次要確定發(fā)動機的使用特性，結(jié)合比賽項目和賽道特性來確定賽車常用的工況，F(xiàn)SAE動態(tài)項目包括75m直線加速，8字繞環(huán)，高速避障和耐久賽。根據(jù)去年的參賽經(jīng)驗

31、，大多數(shù)時間賽車都處于40km/h以下的速度，除直線加速賽意外，賽車主要處在彎道行駛中。故對于賽車發(fā)動機而言，良好的出彎加速性是我們需要的。而從駕駛風格上講，拖延進檔，讓發(fā)動機保持合適的高轉(zhuǎn)速輸出，有利于提高加速性能。故根據(jù)發(fā)動機功率峰值輸出9000rpm為最佳性能工況。7000rpm至11000rpm為常用轉(zhuǎn)速。 然后確定進氣方式，所用材料及制造工藝，部分零部件類型選擇，再對進氣系統(tǒng)各部件做初步計算，得到數(shù)據(jù)后使用CATIA進行三維建模。根據(jù)模型具體幾何參數(shù)使用赫爾姆霍茲進氣諧振原理進行驗算，再使用Fluent對進氣系統(tǒng)總成做CFD分析，排除備選方案。最后使用Fluent對限流閥擴散器和進氣

32、道做進一步分析及優(yōu)化。 最終目的就是設(shè)計出一套，符合規(guī)則，使用可靠，進氣損失小，充氣效率高，在能夠保證賽車手便于操控的前提下盡可能提高發(fā)動機動力性的進氣系統(tǒng)。2.2 確定進氣形式 在之前的緒論中，已經(jīng)提到了進氣系統(tǒng)主流地可以分為三大類，分別為自然進氣，渦輪增壓，機械增壓。 本次畢業(yè)設(shè)計，決定采用傳統(tǒng)的自然進氣為進氣形式。以下論證采用自然進氣方案的理由。（1）自然進氣結(jié)構(gòu)特點：汽車最傳統(tǒng)的進氣方式，由節(jié)氣門體，空氣濾清器，空氣流量計，進氣歧管組成。適用于：裝備汽油發(fā)動機的小客車。優(yōu)點 ：結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、維修方便、工作可靠、成本低便于保養(yǎng)。 缺點 ：動力性較差、充氣效率相對較低、工作相對不夠高

33、效。應(yīng)用 ：大多裝備汽油發(fā)動機的轎車，跑車以及賽車。（2）渦輪增壓結(jié)構(gòu)特點：渦輪增壓器與發(fā)動機進氣管，排氣管相連，并配有中央冷卻器和潤滑管路。適用于：需要提高燃燒效率，在高轉(zhuǎn)速工況有較大馬力輸出的車輛。優(yōu)點 ：利用廢氣能量工作高效，充氣效率高，動力強勁。缺點 ：成本高，不便于保養(yǎng)維修，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，輸出不線性。應(yīng)用 ：裝備柴油發(fā)動機的大型商用車，部分汽油發(fā)動機轎車，跑車。（3）機械增壓結(jié)構(gòu)特點：機械增壓器與發(fā)動機曲軸相連，驅(qū)動力來自發(fā)動機本體。適用于：大排量發(fā)動機，在低轉(zhuǎn)速工況需要更高扭矩的車輛。優(yōu)點：工作高效，在發(fā)動機低轉(zhuǎn)速時就能獲得強勁的動力輸出。缺點：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，維修困難，輸出不線性

34、，高轉(zhuǎn)速時無明顯效果。應(yīng)用：大排量轎車，跑車，尤以美國車為例。 FSAE賽車按照規(guī)則采用610cc以下的小排量發(fā)動機，并以高轉(zhuǎn)速輸出見長，因此機械增壓方案首先被排除。相比較而言，F(xiàn)SAE賽車多數(shù)采用小排量高轉(zhuǎn)速發(fā)動機，此次使用的CBR600 F4i就是此類典型的案例，故自然進氣和渦輪增壓為主要選擇方案。而渦輪增壓盡管為發(fā)動機提供了不少額外的動力，使其高效，但是同時也是發(fā)動機的工作環(huán)境更為惡劣，對于冷卻以及潤滑的要求大大提高，并且需要中央冷卻器等額外附件，既增加了重量，又不方便布置。并且對于原本的自然進氣發(fā)動機F4i而言，改裝成渦輪增壓需要降低其壓縮比，增加其噴油量，這對于原有的ECU，則要做出

35、相應(yīng)的編程和標定，這對于我校車隊今年第一年使用本田CBR600 F4i這款發(fā)動機來說，工作量太大。故決定先采用自然進氣為今年的方案，在實踐中累積經(jīng)驗，熟悉這款發(fā)動機的特性，在今后嘗試對發(fā)動機做更突破的改造。 圖2.2取自弗吉尼亞理工大學(xué)2007和2008兩年，分別使用自然進氣和渦輪增壓兩種方案后所做的發(fā)動機臺架試驗，以扭矩輸出曲線作對比。 紅色曲線為07年自然進氣形式，藍色曲線為08年渦輪增壓形式，渦輪增壓器由Honeywell公司專門為FSAE賽車匹配并提供的Garrett GT12渦輪。圖2.2 弗吉尼亞理工大學(xué)07與08年兩種進氣方式的扭矩輸出曲線對比由圖中兩條扭矩輸出曲線，可以看出，盡

36、管使用渦輪增壓的發(fā)動機峰值扭矩輸出高出將近15ft/lb，但是它的峰值輸出范圍是在相對低的6000rpm左右，而從8000rpm開始，增壓起到的效果并不明顯。當轉(zhuǎn)速超過9000rpm時，由于渦輪增壓器所導(dǎo)致的排氣不暢反而成為了發(fā)動機工作的拖累，扭矩輸出不及自然進氣。且在5000rpm之前可以看出有明顯的渦輪遲滯效應(yīng)，這不利于從靜止起步加速的75m加速賽。綜上所述，既然此款發(fā)動機常用轉(zhuǎn)速在7000至11000rpm，渦輪增壓在大部分工況下所起到的作用不明顯，綜合成本，重量，維護等各方面因素，決定放棄使用渦輪增壓。從一系列方案的論證中，排除了今年使用強制進氣的方案，綜合其原因有，制造成本高，對發(fā)動

37、機性能的不熟悉，對使用增壓后引起的惡劣工況的不確定，對ECU電控重新編程的沒把握等。發(fā)動機技術(shù)是一門試驗科學(xué)，對于本校，一支第二年參加FSAE，第一年使用本田CBR600 F4i的車隊來說，要對發(fā)動機做大規(guī)模改進是非常冒險的，發(fā)動機性能的改進不僅僅基于理論計算和計算機模擬，長期的臺架試驗和整車測試才是真正驗證其改進成功與否的關(guān)鍵。車隊需要對這臺發(fā)動機足夠的經(jīng)驗和測試數(shù)據(jù)，在今后的賽季中，嘗試運用渦輪增壓進氣方式實現(xiàn)更高的發(fā)動機性能。但是，即便是自然進氣，仍然有有效的措施去削弱限流閥對進氣系統(tǒng)的負面影響。這就是利用文氏管原理，所設(shè)計的擴散器起到的作用。針對于限流閥將進氣系統(tǒng)的前端截面縮小至20m

38、m口徑，利用流體動力學(xué)原理，擴散器則是有特定的理想錐角將截面積慢慢擴大，從而使限流閥的限制效果被相對削弱。此外，穩(wěn)壓腔的存在也充分提高了進氣效率，每個汽缸的工作循環(huán)，本身是以脈沖的信號表現(xiàn)其進氣過程的，但是穩(wěn)壓腔將四個氣缸的進氣道相連，輪流給四個氣缸提供進氣，脈沖信號不直接響應(yīng)到進氣系統(tǒng)前端，而是通過穩(wěn)壓腔內(nèi)部的壓力變化，不斷地使空氣濾清器吸入新鮮空氣，這樣即便限流閥口徑小，它吸入空氣的過程是連續(xù)的，則進氣效率也就是在此限制下最高的。2.3 確定進氣系統(tǒng)材料與制造工藝 汽車進氣系統(tǒng)要求輕質(zhì)，可靠，耐用，抗腐蝕等特性。 現(xiàn)代汽車發(fā)動機大多采用工程塑料為進氣管的材質(zhì)。由于不同于排氣管需要耐高溫，進

39、氣管不斷地在充入新鮮工質(zhì)，不會產(chǎn)生高溫，塑料在這種情況下是非常好的選擇，因為既輕質(zhì)，成本又低廉，并且形狀可塑性佳，造型自由度很高，且內(nèi)壁容易做到很光滑，有利于氣體流動。 然而，F(xiàn)SAE賽車由于不是量產(chǎn)型車輛，每一個零部件為其專門開模具成本太高，故最傳統(tǒng)且最低廉的做法就是使用鋁材，手工切割，焊接完成整套進氣歧管。盡管鋁的幾何造型能力遠不如塑料，質(zhì)量也不夠輕質(zhì)，焊接的焊縫還會導(dǎo)致內(nèi)壁不光滑，引起表面渦流，造成進氣損失，但是成本低廉，質(zhì)量也相對其他金屬輕，是低成本的最佳選擇。 當然，如果預(yù)算充足，自然可以考慮使用塑料，甚至碳纖維去制作進氣歧管，勞倫斯理工大學(xué)2011年使用的就是塑料進氣歧管，單個制造

40、可以使用快速成型機加工，并且要選擇抗腐蝕性好的塑料，但是了解到成本需要將近1000美元，于是決定放棄。 最高端的莫過于使用碳纖維制造進氣歧管，碳纖維的制造工藝其實基于塑料制造工藝，所以它具備塑料進氣歧管的幾何造型優(yōu)勢，但是相比塑料更加輕質(zhì)，堅硬，耐用。圖2.3 碳纖維進氣歧管半成品綜合三種材質(zhì)和工藝的優(yōu)缺點，最終決定使用成本最低的鋁材和焊接制作進氣歧管。2.4 節(jié)氣門體類型選擇節(jié)氣門體：根據(jù)FSAE規(guī)則限制，節(jié)氣門體必須位于限流閥之前，必須是機械式的，控制發(fā)動機負荷。常見的節(jié)氣門體分為三類：蝴蝶式，滑閥式及滑片式。圖2.4 三類節(jié)氣門體結(jié)構(gòu)示意圖圖2.4 依次為蝴蝶式，滑閥式，滑片式節(jié)氣門體的

41、示意圖與性能比較。（1） 蝴蝶式優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，成本低，工作可靠。缺點：由于蝴蝶片隨著節(jié)氣門開度增大，并不能完全隱藏，所以在大負荷工況下，相同內(nèi)徑的進氣管，蝴蝶式節(jié)氣門體會造成微量的進氣損失。（2） 滑閥式 優(yōu)點：怠速控制好，進氣損失小。 缺點：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，隨著節(jié)氣門開度增大，通道截面變化因為其特性，所以截面增大量會在中段猛增，導(dǎo)致油門響應(yīng)不夠線性，不利于操控。（3） 滑片式 優(yōu)點：進氣損失小。 缺點：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，占空間。綜合上訴優(yōu)缺點，蝴蝶式節(jié)氣門體無論是成本還是結(jié)構(gòu)簡單程度上都比另兩者可取，且更利于拉索式控制機構(gòu)匹配。所以最終選擇蝴蝶式節(jié)氣門體。3 設(shè)定進氣系統(tǒng)各部件基本參數(shù)3.1 系統(tǒng)參數(shù)表

42、3.1 進氣系統(tǒng)參數(shù)參數(shù)名稱參數(shù)值發(fā)動機常用工況轉(zhuǎn)速9000rpm進氣道內(nèi)徑35mm絕熱指數(shù)1.4氣體常數(shù)R286.9發(fā)動機排量599cc發(fā)動機常用轉(zhuǎn)速即為需要起到諧振效果的轉(zhuǎn)速，絕熱指數(shù)和氣體常數(shù)為氣體固有參數(shù)，由于進氣系統(tǒng)為自然進氣，氣體狀態(tài)接近于空氣，所以取空氣的參數(shù)使用。3.2 空氣濾清器 空氣濾清器的主要功用是濾去灰塵和雜質(zhì)，為發(fā)動機工作提供清潔的空氣，以至于避免不可燃顆粒和硬物進氣氣缸，對發(fā)動機造成損害。賽車用高流量空氣濾清器與名用車不同的是，不是以一個塑料殼體和內(nèi)置海綿組成，而是通常以暴露呈傘形的無紡纖維和內(nèi)部的文氏管結(jié)構(gòu)組成，暴露的無紡纖維是為了有更好的迎風面和更低的進氣阻力，

43、內(nèi)部的文氏管結(jié)構(gòu)則起到加速氣流的作用?？諝饬髁縌是設(shè)計空氣濾清器的主要依據(jù):對于常用的四沖程汽油機，計算公式為：（3.1）V-發(fā)動機排量 n-發(fā)動機額定轉(zhuǎn)速r/minQ=0.45x0.x9000=2.42595/min3.3 限流閥開口FSAE賽車的限流閥開口通常有一定的錐角，外緣呈喇叭口展開，由于限流閥本體是一個進氣管截面逐漸收小的過程，喇叭口和錐角的設(shè)計可以更好地收攏空氣，為限流閥引流，這一點是經(jīng)過流體力學(xué)的研究得出的結(jié)論。從多篇國外資料中查得，15錐角為最佳限流閥開口參數(shù)。3.4 限流閥根據(jù)FSAE大賽的規(guī)則，賽車必須有且僅有一個限制進氣的限流閥，在進氣系統(tǒng)中，位于限流閥之后的進氣系統(tǒng)不

44、得有任何其他開口和旁通閥，此部件僅僅出于大賽對參賽賽車進氣系統(tǒng)改造的限制為目的，美國FSAE規(guī)定使用E85乙醇汽油，限流閥內(nèi)徑必須小于等于19mm，使用汽油則限流閥內(nèi)徑必須小于等于20mm。而在中國只允許使用93號汽油，則限流閥必須為20mm。選用英國AT-power品牌Formula Student 28mm Single Bore Throttle Body。表3.2 所選限流閥套件系統(tǒng)參數(shù)參數(shù)名稱參數(shù)值重量331g限流閥直徑20mm空氣濾清器接口直徑70mm節(jié)氣門直徑28mm圖3.1 所選的限流閥節(jié)氣門體空氣濾清器套件3.5 限流閥擴散器針對限流閥本身對于進氣流速和進氣壓力造成的巨大損失

45、，位于限流閥后部的擴散器可以說是一個上有政策，下有對策的一個唯一的解決方案，它是由一定的錐角構(gòu)成的經(jīng)典的文氏管，截面積逐漸變大，一個精心設(shè)計的擴散器可以有效地將限流閥造成的損失降低至最小。根據(jù)多篇國外資料中闡述，7為最佳擴散器錐角參數(shù)，長度則是在總布置合理的情況下越長越好。3.6 穩(wěn)壓腔此部件位于擴散器和進氣道之間，可以說是賽車進氣系統(tǒng)的一個特色，有以下幾點作用：（1）低轉(zhuǎn)工況：自然進氣賽車發(fā)動機的調(diào)校轉(zhuǎn)速都比較高，例如此次使用的本田F4i，其馬力的峰值輸出在9000轉(zhuǎn)/分，針對發(fā)動機工作特性，進氣歧管的長度和截面積都只為高轉(zhuǎn)而設(shè)計，而賽車的進氣系統(tǒng)通常不帶可變進氣歧管技術(shù)，以至于發(fā)動機低轉(zhuǎn)進

46、氣效率下降，而穩(wěn)壓腔把本是間斷的進氣過程化為連貫，穩(wěn)壓腔內(nèi)部壓力變化致使發(fā)動機低轉(zhuǎn)速進氣間斷時，限流閥處仍在進氣，補充到穩(wěn)壓腔內(nèi)，也為低轉(zhuǎn)進氣提供了所需要的進氣慣性。（2）急加速工況：眾所周知，F(xiàn)SAE賽車有了限流閥后，進氣受到了很大的限制，而急加速，則是一個進氣流速急速提高的一個過程，此時如果只有限流閥，沒有穩(wěn)壓腔，雖然賽車采用的是機械式節(jié)氣門體，但是油門響應(yīng)仍然會很遲鈍，而有了穩(wěn)壓腔，則為發(fā)動機急加速時，儲備了所需要的空氣，也就是說穩(wěn)壓腔內(nèi)的空氣是可以用來給急加速應(yīng)急的。而賽車比賽中，急加速則是起步和出彎常用的工況，所以穩(wěn)壓器的存在和其設(shè)計起著非常重要的作用。（3）穩(wěn)壓器容積的影響：在設(shè)計

47、穩(wěn)壓器容積時，需要對發(fā)動機動態(tài)工況做出考量，一般理論來說，采用發(fā)動機排量的24倍為其理想值，體積大則儲備空氣量大，但油門響應(yīng)反之則會變得遲鈍，故在24的范圍中需要經(jīng)過長期測試，才能得出較為精確的理想值。此外穩(wěn)壓器的造型也有一定講究，在加工方法可實現(xiàn)的前提下，盡可能減少其慢速滯留區(qū)，從而充分利用到其體積。穩(wěn)壓腔初始體積：穩(wěn)壓腔體積 發(fā)動機排量3.7 進氣道進氣道：是進氣歧管的四根分支，將氣流分配到四個氣缸內(nèi)，與穩(wěn)壓腔和發(fā)動機進氣口相連，并且噴油嘴安裝在進氣道上。進氣道初始長度：公式：（3.2）Lpr-進氣道長度mm T-溫度=355K-絕熱指數(shù) R-氣體常數(shù)=286.93.8 進氣管建模3.8.

48、1 進氣管方案一進氣系統(tǒng)的最前端位于車頂，高速行駛時撞風量大，擴散器末端與穩(wěn)壓腔中央相連，對稱的設(shè)計保持左右兩邊的進氣平衡。圖3.2 進氣管方案一模型3.8.2 進氣管方案二 進氣系統(tǒng)的最前端位于賽車尾部，布置空間不受座艙影響相對較大，擴散器末端與穩(wěn)壓腔中央相連，對稱的設(shè)計保持左右兩邊的進氣平衡。圖3.3 進氣管方案二模型3.8.3 進氣管方案三 進氣系統(tǒng)的前端位于賽車的中部側(cè)邊，空氣濾清器正對于前進方向有良好的撞風面，擴散器末端與穩(wěn)壓腔側(cè)端相連，使氣流路徑的彎折緩和，但簡單的穩(wěn)壓腔曲面很難實現(xiàn)四缸進氣的平衡。圖3.4 進氣管方案三模型3.9 方案的論證與選擇根據(jù)國外多篇論文和LTU指導(dǎo)老師的

49、建議，進氣歧管的進氣道設(shè)計成彎的更有利于噴油的霧化，而從上方進氣，則進氣歧管彎型的走向如圖LTU 2005年的設(shè)計是朝上的，但是發(fā)動機氣缸位置如圖3.5所示，是向前傾斜有一定角度，以至于朝上的彎管不利于氣流進入氣缸，所以從LTU 2005年的照片中可以看出，在進氣歧管接近發(fā)動機進氣口處又做了一個反向的彎型，目的便是為了讓氣流在此種設(shè)計下更平滑地流入氣缸，但是這樣的方案一方面造成了加工的困難，并且兩個彎道之間多了一條焊縫，導(dǎo)致進氣管內(nèi)壁更加粗糙，對高速氣流造成一定的影響，另一方面氣流經(jīng)過兩個反向的彎道，對于流速和進氣壓力都有較大的損失。但是做成直道不利于燃油霧化，如圖3.5所示。圖3.5 勞倫斯

50、理工大學(xué)2005年賽車進氣系統(tǒng)圖3.5為勞倫斯理工大學(xué)2005年的進氣系統(tǒng)實物圖。為達到理想設(shè)計要求，方案一，上方中央進氣在實際應(yīng)用中難以避免很多焊接工序，不利于精度把握和內(nèi)壁光滑這一要求。但是類似于方案一這樣的設(shè)計非常多見，必然這種思路并不是一無是處。最有利的一點則是，這樣的布置方案，導(dǎo)致進氣濾清器位于賽車的較高處，往往處于低于主防滾架，高于車手頭盔的位置，在賽車高于70km/h時，此處位置為進氣濾清器提供了非常好的撞風面，有利于高轉(zhuǎn)速發(fā)動機的進氣需要。但是前面提到過賽車在動態(tài)項目中大多處于40km/h的彎道中，這樣的撞風面起效并不顯著，所以綜合其優(yōu)缺點，排除了方案一。3.10 利用赫爾姆霍

51、茲（Helmholtz）進氣諧振原理驗算表3.3 進氣歧管模型參數(shù)參數(shù)名稱參數(shù)值進氣歧管長度Limr=20.26cm進氣歧管截面積Aimr=9.62擴散器出口直徑Dro=7.2cm進氣口長度Lip=10.16cm進氣口平均面積Aip=7.34穩(wěn)壓腔長度Lplen=37.2cm穩(wěn)壓腔平均截面積Aplen=38.465進氣道長度Lpr=Limr+Lip=30.42cm表3.4 其他系統(tǒng)參數(shù)參數(shù)名稱參數(shù)值每缸排量DPC=149.75節(jié)氣門體自感應(yīng)Ithr=0.94488文氏管自感應(yīng)Ivent=7.654進氣道次級感應(yīng)Lsr=0.4874音速Cs=335.28m/s引擎壓縮比ECR=12計算：進氣口自

52、感應(yīng) Iip= 進氣道自感應(yīng) Iimr= 穩(wěn)壓腔自感應(yīng) Iplen= 汽缸有效體積 C1= 頻率因子 fp= 初級感應(yīng) Iprim=Iip+Iimr=3.49 次級感應(yīng) Isec=Isr+Ithr+Iplen+Ivent=10.05328 感應(yīng)比 a=2.8806 電容比 b=9.136 計算常數(shù) A=ab+a+1=30.198 B=28.401 共振頻率 f1=0.00956 f2=0.00237 頻率比 X1=1.0505 X2=0.2604 初級感應(yīng)面積 Aprim=8.8585 赫爾姆茲模型調(diào)校峰值 Np=0.0441=8731.4107 rpm 赫爾姆茲調(diào)校峰值 N1=X1Np=91

53、72.347 rpm N2=X2Np=2273.659 rpm結(jié)論：在現(xiàn)有設(shè)計的進氣系統(tǒng)中，進氣諧振發(fā)生在9172rpm和2273rpm兩個轉(zhuǎn)速，9172rpm近似于9000rpm，滿足最初定為9000rpm的設(shè)計目標。4 進氣系統(tǒng)做流體動力學(xué)分析4.1 分析軟件介紹在CFD軟件中, Fluent軟件是目前國內(nèi)外使用最多、最流行的商業(yè)軟件之一。Fluent的軟件設(shè)計基于“CFD計算機軟件群的概念”,針對每一種流動的物理問題的特點,采用適合于它的數(shù)值解法在計算速度、穩(wěn)定性和精度等各方面達到最佳。由于囊括了Fluent Dynamical International比利時PolyFlow和Flue

54、nt Dynamical International(FID)的全部技術(shù)力量(前者是公認的在黏彈性和聚合物流動模擬方面占領(lǐng)先地位的公司 ,后者是基于有限元方法CFD軟件方面領(lǐng)先的公司),因此Fluent軟件具有如下優(yōu)點。（1）功能強,適用面廣。包括各種優(yōu)化物理模型,如:計算流體流動和熱傳導(dǎo)模型 (包括自然對流、定常和非定常流動,層流,湍流,紊流,不可壓縮和可壓縮流動,周期流,旋轉(zhuǎn)流及時間相關(guān)流等);輻射模型,相變模型,離散相變模型,多相流模型及化學(xué)組分輸運和反應(yīng)流模型等。對每一種物理問題的流動特點,有適合它的數(shù)值解法,用戶可對顯式或隱式差分格式進行選擇,以期在計算速度、穩(wěn)定性和精度等方面達到最

55、佳。（2）高效,省時。Fluent將不同領(lǐng)域的計算軟件組合起來,成為CFD計算機軟件群,軟件之間可以方便地進行數(shù)值交換,并采用統(tǒng)一的前、后處理工具,這就省卻了科研工作者在計算方法、編程、前后處理等方面投入的重復(fù)、低效的勞動,而可以將主要精力和智慧用于物理問題本身的探索上。 （3）建立了污染物生成模型。包括NOX 和ROX(煙塵)生成模型。其中NOX 模型能夠模擬熱力型、快速型、燃料型及由于燃燒系統(tǒng)里回燃導(dǎo)致的NOX的消耗。而ROX的生成是通過使用兩個經(jīng)驗?zāi)Ｐ瓦M行近似模擬,且只使用于紊流。FLUENT同傳統(tǒng)的CFD計算方法相比，具有以下的優(yōu)點。 （1）穩(wěn)定性好，F(xiàn)LUENT經(jīng)過大量算例考核，同實驗符合較好。 （2）適用范圍廣，F(xiàn)LUENT含有多種傳熱燃燒模型及多相流模型，可應(yīng)用于從可壓到不可壓、從低速到高超音速、從單相流到多相流、化學(xué)反應(yīng)、燃燒、氣固混合等幾乎所有與流體相關(guān)的領(lǐng)域。（3）精度提高，可達二階精度。FLUENT是目前國際上比較流行的商用CFD軟件包，在美國的市場占有率為60%。凡跟流體，熱傳遞及化學(xué)反應(yīng)等有關(guān)的工業(yè)均可使用。它具有豐富的物理模型、先進的數(shù)值方法以及強大的前后處理功能，在航空航天、汽車設(shè)計、石油天然氣、渦輪機設(shè)計等方面都有著廣泛的應(yīng)用。其在石油天然氣工業(yè)上的應(yīng)用包括：燃燒、井下分析、噴射控制、環(huán)境分析、油氣消散