[車輛工程]普通節(jié)氣門流場數(shù)值仿真

1、目 錄摘要2abstract21 前言31.1 發(fā)動機節(jié)氣門研究的重要性42 節(jié)氣門模型的建立82.1 模型的描述93 計算結果分析143.1 y-z平面的速度場144結論23總結與體會24謝辭26參考文獻27附錄28普通節(jié)氣門流場數(shù)值仿真摘 要發(fā)動機的動力性和經(jīng)濟性是反映汽車發(fā)展的重要標志。本設計是針對長安汽車的一款491發(fā)動機的節(jié)氣門對其進行流場數(shù)值仿真分析，通過solidworks2010建立了1:1三維模型，并畫出二維工程圖，為了研究節(jié)氣門在某一開度下的流場運動情況，先要對模型用gambit重新建模，建立不同節(jié)氣門開度（5%-100%每隔5%開度建一個模型）下的三維模型，并對其進行網(wǎng)格

2、劃分，用基于fluent軟件的標準k-模型對節(jié)氣門三維流場進行數(shù)值仿真。通過計算可以看出，隨著節(jié)氣門開度逐漸增大,節(jié)流板對氣流的阻力隨之減小，出口截面平均流速，流量隨之增加。仿真結果可以為發(fā)動機的選型，改進幾何供油系統(tǒng)，噴油系統(tǒng)的匹配提供依據(jù)。關鍵詞：汽車節(jié)氣門，數(shù)值仿真，標準k-模型，fluentnumerical simulation of a ordinary mechanical throttles flow fieldabstractengine power and economy is an important symbol to reflect the development o

3、f the automobile .this project is a flow field numerical simulation analysis based on chang-an automobiles 491 engine throttle, three dimensional 1:1 model is established by solidworks2010, and draw a 2 d engineering drawing, in order to study a flow field movement situation of throttle under a cert

4、ain opening, we need use gambit to re-modeled, build 3 d models under different throttle opening(5% - 100% for every 5% opening) , and carries on the grid division, three-dimensional flow field of the throttle is analyzed，using standard k model，which is based on the fluent software. through simulati

5、on results, we can have a knowledge of the fluid motion law of throttle and provide the reference for the engine type selection, improvement of geometry fuel supply system and the matching of fuel injection system.key words：automobile throttle, numerical simulation, standard k - model，fluent1 前言1.1

6、發(fā)動機節(jié)氣門研究的重要性最早的內燃機是在十九世紀問世的，至今己有一百余年的歷史。百余年來，熱負荷小、熱效率高、結構緊湊等是內燃機具備的優(yōu)點，而且在船舶、車輛、工程機械等領域取得了非常廣泛的應用。內燃機也己經(jīng)發(fā)展成為一個比較完備的動力機械體系，發(fā)展的比較成熟，其中有兩個方面的科技發(fā)展為此起了很大作用，一是增壓技術和高壓共軌技術在內燃機產(chǎn)品上的廣泛應用，二是電子控制技術及計算機在內燃機研制中的應用。在這樣一個發(fā)展歷程中，內燃機為世界的經(jīng)濟發(fā)展作出了巨大的貢獻，對人類文明的發(fā)展起到了極為重要的作用。從20世紀40年代開始，人類進入內燃機時代，內燃機可以說是20世紀的重大科技成就之一。在今后相當長時間

7、內，內燃機作為主要交通工具的動力其主導地位仍然不會改變。因此，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，在可以預見的將來，內燃機將仍是中小功率范圍內最主要的原動機。提高發(fā)動機的動力性和改善其經(jīng)濟性是內燃機研究者們一直追求的目標，使發(fā)動機節(jié)氣門流體的運動規(guī)律與其供油系統(tǒng)和噴油系統(tǒng)的良好匹配是達到這一要求的很關鍵性因素。所以，研究節(jié)氣門的流體運動規(guī)律對提高發(fā)動機動力性和經(jīng)濟性具有重要意義1.2 發(fā)動機進氣系統(tǒng)數(shù)值仿真研究的發(fā)展概況汽車行業(yè)是一個高速發(fā)展的行業(yè)，其競爭也日趨激烈，在這種情況下，新產(chǎn)品推出的速度也越來越快，這也對行業(yè)的cae應用提出了越來越高的要求。cae技術為汽車行業(yè)的高速發(fā)展提供了具有中心價值地位的技術保障

8、，可以為企業(yè)帶來巨大的技術經(jīng)濟效益。cae技術的應用可以在樣品、樣車之前，模擬零部件甚至整車的性能和工作狀況，避免傳統(tǒng)上的設計實驗測試改進設計再試制的重復過程，減少了人力、物力和財力上的消耗而減低開發(fā)費用，使汽車產(chǎn)品的大多數(shù)問題都可以再設計階段通過仿真得到解決，從而提高了設計質量和效率，大幅度降低了開發(fā)時間和費用；它改變了傳統(tǒng)設計中的依靠經(jīng)驗進行定性分析，缺少定量數(shù)據(jù)的設計方法，使產(chǎn)品減重，性能優(yōu)化成為可能，同時采用cae計算能在短時間內嘗試和比較更多的設計方案，因而有可能獲得最優(yōu)的設計而提高開發(fā)質量，還能找到問題的真正原因，為設計工程師提供修改方向，減少修改時的盲目性，縮短開發(fā)周期。統(tǒng)計結果

9、表明，應用cae技術后，新車開發(fā)期的費用占開發(fā)成本的比例從80%-90%下降到8%-12%，例如：美國福特汽車公司2000年應用cae后，其新車型開發(fā)周期從36個月降低到1218個月；開發(fā)后期設計修改率減少50%；原型車制造和試驗成本減少50%；投資收益提高50%。發(fā)動機進氣系統(tǒng)數(shù)值仿真模型的發(fā)展包括零維模型、一維模型和三維模型的發(fā)展過程1.2.1 發(fā)動機進氣系統(tǒng)零維及一維模型發(fā)展及現(xiàn)狀零維模型的計算方法的基本思想是：氣體在氣道中的流動過程被認為是準穩(wěn)態(tài)過程。管系被視為一個容器，在給定的時間內，整個容器中的狀態(tài)(即各點的熱力狀態(tài)和氣體的成分)都是一樣的，且只是時間的函數(shù)。這種模型有很多影響因素

10、沒有考慮，比如忽略空間相關性，忽略了傳熱、傳質和湍流流體的動力學細節(jié)，與此同時也只需要較少的計算時間及結構參數(shù)。在國內外零維模型目前已經(jīng)得到廣泛的應用，一般情況下在管系相當短時，運用該方法可達到非常滿意的計算結果；當管系為中等長度的時侯，該種計算方法也是允許的；但是對長度很長的管系，就應該換用非穩(wěn)態(tài)流動算法。當對氣體在發(fā)動機節(jié)氣門中的一維流動過程按照非穩(wěn)態(tài)流場處理時，流體仿真的計算常常使用特征線法處理：一維不定常流動模型。這類模型的研究者是應用微渦流擴散概念對汽油機一維非定常進行了分析，組分濃度、溫度和速度都是作為時間和位置的函數(shù)關系，壓力是時間的函數(shù)用來做預測，所以可以求出火焰?zhèn)鞑ニ俣群托?/p>

11、值。之后的研究者對這種方法作了較好的改進改善了湍流模型、預測n02形成過程、燃燒室形狀模型和汽油機分層燃燒現(xiàn)象。還有研究者把這種方法已經(jīng)推廣到了考慮具有分隔式燃燒室和兩相燃燒的二維模型。隨著計算技術的迅速發(fā)展，推動了管道內氣體流動的研究方法的更快發(fā)展。小擾動法和簡單的容積法已不再被使用。有限體積法，有限差分法和特征線法等等這些新興的一維研究方法，慢慢地被應用于現(xiàn)代汽車發(fā)動機的模擬計算中。目前，各種各樣的方法都在不斷的發(fā)展和完善中。有研究者指出偏微分方程組在特定的條件下，特征線法是在發(fā)動機進氣系統(tǒng)改進設計和流場特種分析條件下轉化為一階全微分方程組，然后進行求解的，此種方法具有一階精度的優(yōu)點，但特

12、征線法也有很多缺點，其中有質量流量誤差較大。研究者對傳統(tǒng)的一維非定常流動的模型進行了改進，并提出了廣義一維非定常流動模型，基于原有控制體，考慮到了分支管的質量添加段對結果的影響。通過有限容積法與特征線法相結合的混合模型，研究者分析了多種排氣系統(tǒng)，這在計算效率得到提高的同時質量流量誤差也隨之降低。目前，針對發(fā)動機一維數(shù)值仿真方面的研究，在國外，許多用于分析計算發(fā)動機性能的軟件己經(jīng)被開發(fā)出。并加以了應用。masaski takizawa在有限差分法的基礎上開發(fā)出了實用程序；英國曼徹斯特理工學院(umist)的mkl4程序和西德波鴻一魯爾大學的mpb程序都采用了特征線法的原理進行了管內波動研究； s

13、clow等人所開發(fā)使用的發(fā)動機管設計cad軟件包，使用了圖形界面技術，使用者可以輸入管系的布置形式，程序可自動進行網(wǎng)格的劃分；目前最新發(fā)展的商用發(fā)動機模擬軟件gtpower和boost等則是以一維流體動力學為基礎，是一些運用有限體積法進行數(shù)值計算，分析發(fā)動機性能的cfd軟件。1.2.2 進氣系統(tǒng)三維模型仿真發(fā)展及現(xiàn)狀近幾十年來，湍流理論發(fā)展的逐漸成熟，計算機技術也得到迅猛的發(fā)展，這使發(fā)動機內氣體流動的模擬技術日益完善。在氣體流動的計算機數(shù)值模擬研究方面，國外作了大量實質性的工作，并取得了很大進展。近年來，研究者們在多種文獻中闡述了他們所開發(fā)的多維流動模型理論。1984年gosman哺。和wal

14、kins等人計算了發(fā)動機中的空氣流動三維模擬，應用了ks模型計算了一個軸對稱模型氣門，并作了相應的實驗，與計算結果進行了對比。研究結果表明，用標準ks模型得出的結果，在小氣門升程下，與實驗結果吻合得良好，然而在氣門大升程下，其紊動能和平均速度均呈現(xiàn)較大的過預測。二十世紀八十年代，gosman和ahmed將有限容積法、粘體網(wǎng)格和ks湍流模型運用到了軸對稱的進氣道和閥門的發(fā)動機內，對其流動進行了測量和多維數(shù)值模擬，結果表明：理想化和實際的進氣道的流場預測精度并不高，所以需要有更能體現(xiàn)流動特點的湍流模型。rdreitz等人修改了三維的數(shù)值模擬程序，對進氣道一閥門一氣缸等復雜的幾何，應用結構化網(wǎng)格劃分

15、程序kiva一3進行了網(wǎng)格劃分，而采用了“咬合法來處理氣門，對進氣道內的流動，進行了瞬態(tài)的三維數(shù)值模擬。通過使用商業(yè)軟件starcd以點燃式發(fā)動機的進氣道以及氣缸為研究對象，wolf bauerl徊1等人預測了進氣道內的瞬態(tài)流動特性進行，并比較了所得數(shù)據(jù)和測量的瞬態(tài)氣體溫度，對進氣過程的流動狀況，特別是回流現(xiàn)象有了更深刻地認識。tangwei kuo等人修改了己有的氣缸內流動的多維數(shù)值模擬程序kiva，運用多維數(shù)值模擬計算了孔口一燃料一噴射發(fā)動機的進氣道一缸內氣體流動、燃料噴射、以及燃燒，湍流模型采用標準的ks模型，而對氣門采用了內障技術，根據(jù)模擬結果，分析了進氣道、閥門形狀、燃燒室形狀等參數(shù)

16、對發(fā)動機性能的影響。1990年，sugiura等人對切向氣道一缸內空氣運動進行了三維模擬，計算中采用了分區(qū)禍合技術以及貼體網(wǎng)格生成技術生成網(wǎng)格。同年，danial等人做了單氣門氣道、雙氣門氣道、雙氣門帶渦流或紊流臺階的氣道三維數(shù)值模擬計算，并用實驗進行了驗證。近幾年來，國外的科研機構對四氣門發(fā)動機的氣道及缸內的空氣運動進行了研究，如德國的wunsche p1教授指出4氣門進氣系統(tǒng)螺旋進氣道與切向進氣道的最佳匹配。日本的aoyagi yn21等學者發(fā)表了4氣門進氣系統(tǒng)的渦流形成過程研究報告。bbasara等人，采用標準的ks模型，rngk一模型，非線性的ke模型，完全的雷諾應力模型，對2個切向進

17、氣道的發(fā)動機進行了數(shù)值模擬，并將計算結果與lda實驗結果進行了比較，證明了在模擬進氣道的流動特性時，完全的雷諾應力模型優(yōu)于其他的幾種簡單模型。國內對發(fā)動機進氣系統(tǒng)氣體流動方面的數(shù)值模擬研究起步較晚，主要是從20世紀80年代中后期開始的。近年來，國內各高校在進氣系統(tǒng)三維流動特性數(shù)值模擬方面發(fā)表了一批具有研究深度和學術水平的博士論文和博士后研究報告，反映了我國在這個領域內研究的進展。華中科技大學的蔣鹽坤n31等人對化油器一進氣管一缸內系統(tǒng)的流場進行了三維穩(wěn)態(tài)數(shù)值模擬研究，發(fā)現(xiàn)均勻氣流進入化油器后，速度迅速增加，進氣管內氣流波動并呈現(xiàn)雙渦結構。氣門盤下產(chǎn)生明顯的回流區(qū)，在進氣門左、右兩側各形成一對反

18、向漩渦。羅馬吉1等人對多缸柴油機進氣管管內流動進行三維穩(wěn)態(tài)可壓縮湍流數(shù)值模擬。計算物理模型針對實際進氣管形狀，湍流模型采用ks雙方程模型，進出口邊界采用給定壓力邊界條件。以某一非增壓6缸柴油機進氣管為例，對6分支管出口同時打開的情況獲得了速度場，揭示了進氣管管內流動特性，為進一步進行各缸進氣不均勻性分析奠定了基礎。方適應n51等人用有限差分法和有限體積法分別對一臺自然吸氣3缸汽油機的進氣流動進行了模擬計算，計算結果表明，兩種方法均可較好地模擬進氣壓力波動，沒有明顯的優(yōu)劣之分。對于進氣系統(tǒng)中最為復雜的部分一一氣道的數(shù)值模擬方面的論文也比較多。如王海剛n叫等人對內燃機進氣道和缸內的流場進行了三維數(shù)

19、值模擬。周松n73等人利用simple方法，采用交錯網(wǎng)格，對具有導氣屏結構的內燃機進氣道的流場進行了三維數(shù)值模擬的研究，分析了其流場分布的特點，得到了一些規(guī)律性的結論，并與實驗進行了對比。華中理工大學的楊文n陽用simple方法在穩(wěn)流實驗臺上對一螺旋進氣道的流動情況進行了三維模擬計算。楊文和吳承雄n們對穩(wěn)流實驗中螺旋進氣道一氣門一氣缸內三維流場進行了數(shù)值模擬，計算了渦流比和流量系數(shù)，分析了氣道形狀和氣門偏置對流場特征和渦流比的影響。計算結果表明，螺旋氣道斜坡段產(chǎn)生的氣流角動量是氣流在氣缸內形成旋流的主要原因。同時，也說明流動數(shù)值模擬可以獲得穩(wěn)流實驗中難得到的內部流動信息，從而為氣道設計提供有力

20、的依據(jù)。夏興蘭等人心們利用fsae賽乍發(fā)動機進氣系統(tǒng)改進設計及流場特件分析starcd程序對一實際柴油機產(chǎn)品進氣道的氣體流動進行了三維數(shù)值模擬，根據(jù)柴油機整機特性要求和模擬計算結果對該氣道結構進行了改進，改進后的氣道能使發(fā)動機排放性能滿足歐1排放標準，說明了模擬計算的正確性。北京航空航天大學的李鋒心等人應用任意拉格朗日一歐拉法(ale方法1編制的大型程序kiva3模擬了某四氣門汽油機的缸內三維流動過程，分析了汽油機的氣門形狀對缸內空氣運動及缸內滾流的影響，說明這些研究結果可以為汽油機的進氣系統(tǒng)及其氣門的設計提供依據(jù)。北京理工大學的王樵婦21等人利用cfd計算軟件fluent，采用標準的k一占模

21、型，對具有一個進氣道的發(fā)動機進行了三維數(shù)值模擬，得出了進氣門流量系數(shù)計算，并將計算結果與實驗結果進行了比較分析，證明了利用三維cfd來計算發(fā)動機進氣門流量系數(shù)的可行性?？偟膩碚f，多維數(shù)值仿真長期以來主要集中在流場的數(shù)值模擬上，近年來，由于非結構化網(wǎng)格的大量使用，使得網(wǎng)格的形狀可以很好的契合進氣管道的復雜而又不規(guī)則的邊界，可進行基于進氣管與氣道真實結構的仿真研究，其計算結果對進氣管與氣道的設計有很強的指導意義。目前的研究大部分都己經(jīng)集中到了建立三維模型，然后進行流場的分析，從而對發(fā)動機進氣系統(tǒng)進行結構優(yōu)化這一方向上。1.3 本課題研究的主要內容本課題的具體內容包括：1節(jié)氣門結構參數(shù)的量取用游標卡

22、尺量得長安汽車491發(fā)動機節(jié)氣門的幾何尺寸，為幾何建模做準備。2節(jié)氣門的三維幾何建模利用三維造型軟件solidworks2010建立1:1幾何模型3對節(jié)氣門進行三維流場動力學計算和分析用gambit重新建立了不同節(jié)氣門開度（5%-100%每5%建立一個模型）下的仿真分析模型，并進行網(wǎng)格劃分，借助計算流體力學(cfd)輔助內燃機分析理論，利用三維流體計算軟件fluent對發(fā)動機節(jié)氣門進行了流場模擬。比較了不同節(jié)氣門開度下流體的運動規(guī)律，質量流量、節(jié)氣門出口速度，為發(fā)動機的選型，噴油系統(tǒng)的匹配提供理論依據(jù)2 節(jié)氣門模型的建立本次仿真計算目的是考察節(jié)氣門在從開度為5%依次增大的過程中，比較不同開度下

23、的流體運動規(guī)律，質量流量，流體速度的變化關系。圖1為節(jié)氣門實體。圖2為用solidworks建立的三維模型。 圖1 長安491發(fā)動機節(jié)氣門 圖2 solidworks2010建的三維模型2.1 節(jié)氣門模型的描述（1） 質量守恒方程 質量手很定律是指控制體內流體質量的減少量應等于從控制體凈流出的流體質量 （1） 為流體密度，t為時間，u、v、w是速度矢量在x、y和z方向上的分量（2）動量守恒方程 在慣性（非加速）坐標系中i方向上的動量守恒方程為： （2） 其中p是靜壓，是下面將會介紹的應力張量，、分別為i方向上的 重力體積力和外部體積力，包含了其它的模型相關源項，如多孔介質和自定義源項。 應力張

24、量由下式給出： （3） （3）能量守恒方程 能量守恒的形式為 （4）其中是有效熱傳導系數(shù)，是組分j的擴散流量。上面方程右邊的前三項分別描述了熱傳導、組分擴散和粘性耗散帶來的能量輸出。包括了化學反應熱以及其它用戶定義的體積熱源項。在上面的方程中： （5）其中，h為理想氣體的焓。對于可壓縮性流動，理想氣體定律的形式為： （6） 其中是操作條件面板中定義的操作壓力，p是相對于操作壓力的當?shù)仂o壓，氣體常數(shù)r從輸入的分子量計算出來，溫度從能量方程中計算出來。 （4）能量損失 流體在運動時，與固體周壁間會產(chǎn)生附著力，流體各質點間有內摩擦力，這些力對流體運動所呈現(xiàn)的阻礙作用就是流體的流動阻力。根據(jù)流動邊界是

25、否沿程變化，流動阻力分為兩類沿程阻力hf和局部阻力hj 由于空氣是一種具有粘性的，可壓縮的流體，流過節(jié)氣門時，將產(chǎn)生沿程阻力損失和局部阻力損失，其中，沿程損失可由下式給出 （7） 其中，l為管長，d為直徑，v為速度，為沿程損失系數(shù)，對層流流動，；對于光滑管湍流，由blasaisus公式給出 （8）局部損失可由下式表示： （9）為局部阻力損失系數(shù)2.2 網(wǎng)格劃分 采用數(shù)值方法求解控制方程時，需將控制方程在空間區(qū)域上進行離散，因此必須使用網(wǎng)格，根據(jù)節(jié)氣門實測數(shù)據(jù)，在gambit里面導入三維模型空間的st格式，并對流場空間劃分體網(wǎng)格，在劃分體網(wǎng)格的時候，采用了網(wǎng)格自適應方法，網(wǎng)格單元選擇tet/hy

26、bird，類型是采用tgrid，這樣劃分出來的網(wǎng)格在確保無負體積的情況下，以四面體網(wǎng)格為主，圖3是在gambit里面建立的模型網(wǎng)格圖，圖4為通過旁通的面（將通過出口中心平面且x=0的剖面定義的y-z面）網(wǎng)格的剖面圖，節(jié)氣門開度為4.5度。 圖3 模型網(wǎng)格圖 圖4 剖面網(wǎng)格圖 節(jié)氣門在20%開度以下，旁通打開，空氣將通過旁通和節(jié)氣門片的腔室流入節(jié)氣門后方，從20%開度開始，旁通關閉，空氣完全通過節(jié)氣門片腔室流入節(jié)氣門后方。2.2 邊界條件空氣進口邊界空氣出口邊界壓力（pa）10132585000溫度（k）300300水力直徑（m）0.060.06湍流強度5%10%邊界條件是流體力學方程組在求解域

27、的邊界上，流體物理量應滿足的條件，解決可壓縮流動的主要難點在于速度、密度、壓力和能量之間的高度耦合。為準確描述流場區(qū)域的可壓縮流動，選擇邊界條件時，考慮到是可壓縮粘性流場內流動，采用了基于壓力修正的非耦合穩(wěn)態(tài)求解方法，湍流模型采用標準的k-模型及標準近壁面方程，壁面選用無滑移的固定壁面條件，對流體的入口和出口邊界，建立了相應的壓力邊界條件，并加入了能量方程計算，主要設置了入口的駐點壓力和溫度，入口湍流強度和耗散率（用湍流強度、長度尺度、水力學直徑和粘性比輸入），進出口的主要參數(shù)設置如圖表1所示，節(jié)氣門進口姐空濾器，忽略空濾器的阻力損失，設置進口壓力總壓為一個標準大氣壓，出口設置為85000pa

28、，溫度在流體運動過程中變化不大，設置為常溫。湍流強度出口比進口強，所以湍流強度進口設置5%，出口設置為10%。對速度使用守恒的亞松弛參數(shù)，松弛因子為0.2，壓力的亞松弛因子為0.1，使用simple算法。3 計算結果分析3.1 y-z平面的速度場開度（）y-z平面速度場開度（）y-z平面速度場4.5913.51822.52731.53640.54549.55458.56367.57276.58185.590圖5 y-z截面流速云圖從圖5是通過旁通的y-z截面從4.50到全開開度下速度場云圖，節(jié)氣門在20%開度下旁通閥開啟，從圖中可以看出，此時由于節(jié)氣門開度較小，氣體主要從旁通閥通過，氣體流速在

29、旁通閥內達到最大流速，節(jié)流板前方會有大部分的低速區(qū)，并且在節(jié)氣門后方，由于旁通閥的作用，會形成較強的湍流，隨著節(jié)氣門開度的增大，節(jié)氣門前方的低速區(qū)逐漸變小。節(jié)氣門從20%開度開始，旁通閥關閉，氣體從節(jié)流板與節(jié)氣門壁面的間隙流過，隨著節(jié)氣門開度的逐漸加大，節(jié)氣門前方和后方的低速區(qū)逐漸減小，氣流最大流速逐漸增大，可以看出節(jié)流板對氣體的阻礙作用逐漸減小。3.2 y-z平面的壓強場4.522.54576.590圖6 y-z壓力云圖圖6為在節(jié)氣門部分開度下的y-z壓力云圖，從圖可以看出，節(jié)氣門開度為4.50時，旁通閥開啟，氣流基本通過旁通孔流出，節(jié)氣門前方的壓強很大，在靠近旁通入口的位置，壓強逐漸降低到

30、此開度下的最小值，氣流流出旁通孔，壓強又逐漸增大，極少量氣流流過節(jié)流板與壁面的縫隙，可以很清楚地觀察到氣流流過導致壓強的下降。在開度為22.50時，旁通孔關閉，氣流全部繞過節(jié)流板，此時旁通孔內的壓強與節(jié)流板前方的基本一致，與4.50相比，節(jié)流板后方的壓強減小。在開度為450時，節(jié)流板前方的高壓區(qū)已經(jīng)很小，壓強整體下降。在開度為76.50時，整個節(jié)氣門壓強變得比較均勻，在截面變化的區(qū)域，壓強會變小。小開度時節(jié)氣門前后有較大的壓力差，壓力差越大說明節(jié)流板對氣流的阻礙作用越大，壓力差隨著節(jié)氣門開度的增大而減小。流速大的位置壓力小。3.2 出口截面速度場4.522.54576.590 圖7 出口截面速

31、度云圖圖7是出口截面上節(jié)氣門部分開度下的流場對比圖，從圖中可以看出，在節(jié)氣門開度為4.50時，旁通閥處于開啟狀態(tài)，大部分氣流從入口經(jīng)過旁通閥，極少的氣流繞過節(jié)流板流到出口截面，此時節(jié)氣門出口截面的速度分布很紊亂，而且流速很低，對進氣量會有較大影響。在節(jié)氣門開度為22.50時，旁通孔關閉，空氣全部繞過節(jié)流板到出口截面，出口截面流速開始有較明顯的分層，從壁面向節(jié)流板軸線移動，速度逐漸減小，在節(jié)氣門開度為76.50時，氣流高速區(qū)已經(jīng)很大。隨著節(jié)氣門開度的逐漸加大，氣流高速區(qū)逐漸由貼近節(jié)氣門壁面附近向中心擴大，流出出口截面的氣體流量也逐漸增大。在節(jié)流板后方會有低速區(qū)出現(xiàn)，隨著節(jié)氣門開度的增大，低速區(qū)逐

32、漸減小。圖7 出口截面平均速度圖7是節(jié)氣門從0到100%全開過程中，出口截面上的平均速度圖。從圖可以看出，出口截面的速度隨著節(jié)氣門開度的增大而逐漸增大。不難發(fā)現(xiàn)，在小開度時，速度變化量很小，隨著節(jié)氣門開度增大，節(jié)氣門對氣流運動的阻礙降低，中間開度范圍速度上升較快，大開度時，又變得平坦了。3.3 出口截面流量與平均流速表2 節(jié)氣門出口流量及平均流速表節(jié)氣門開度（0）出口截面流量（kg/s）平均速度（m/s）4.50.022019.67890.024318.25813.50.027619.052180.021318.43922.50.028720.687270.037524.51931.50.04

33、9127.312360.062731.55440.50.081636.177450.102142.78549.50.138354.045540.153456.87458.50.186167.3234630.217675.292867.50.262687.1159720.303197.675676.50.3137100.5019810.3535112.817785.50.3691117.5562900.3762120.1297圖8 出口截面流量圖 流量是反映單位時間內流體通過一定截面積的量，可用下式表示 計算結果采用質量流量，圖8可以看出隨著節(jié)氣門開度的增大，出口截面流量大體成增長趨勢，小開度下

34、流量變化較小，甚至在旁通閥關閉的時刻，流量會有小幅度的降低，這是由于此時節(jié)流板對氣流的阻礙作用很大，節(jié)氣門開度的增大使流過節(jié)氣門腔的氣流量的增量，不足以彌補旁通閥關閉而使流量減小的量。汽油機在實際的工作過程中，是節(jié)氣門控制其負荷，所以要求隨著開度的增大，要求流量也隨之增大，根據(jù)分析結果，可以看出此節(jié)氣門并不符合設計要求，需要加以改進。在中間開度時，流量隨節(jié)氣門開度的增大而迅速增加。大開度時，由于節(jié)流板對氣流的阻礙已經(jīng)很小，再增大開度，對流量影響較小，流量變化變得較平坦。4 結 論本次針對節(jié)氣門從5%開度到100%開度下的流場進行了仿真分析，通過仿真結果可以得出以下結論：1、 整個節(jié)氣門開度范圍

35、內，節(jié)氣門的流速、流量都隨著開度的增加而增大，在開度從5%到20%的范圍內，流速、流量變化很平坦，甚至在旁通閥關閉的時刻，會有小幅度的減小。隨著節(jié)氣門開度的逐漸增大，流量、流速會迅速地增大。但在大開度時，節(jié)氣門對空氣阻礙作用很小，二者又會變得平坦。2、 fluent計算結果的準確性不僅與網(wǎng)格劃分有關，還與邊界條件的設置密切相關。本次計算結果并未通過實驗數(shù)據(jù)進行校正，所以難免會降低其結果的真實性，所以有必要在今后的設計中加以改進。3、 本次計算，獲得了對節(jié)氣門的流場特性較全面的認識，對有針對性的配裝發(fā)動機，有理論的指導意義?？偨Y與體會今年一月份我開始了我的畢業(yè)論文的工作，從最初的迷惘。不知何處著

36、手，在老師的指導下，慢慢地進入狀態(tài)，思路變得清晰，這個過程是無法用言語來表達的。經(jīng)過這幾個月的奮戰(zhàn)，我的畢業(yè)設計終于有了成果，回想這段日子的經(jīng)歷，我真的感觸太多，畢業(yè)設計將會是我大學里最難忘的回憶之一。在這個三月初，在與導師的交流討論中我的題目定了下來：普通節(jié)氣門的流體分析。當選題報告，開題報告定下來的時候，我當時便立刻著手了資料的收集工作，找了太多的書，不同的渠道，論文，書籍等。東西太多，反而不知道如何下手了，我將這個迷惑告訴了老師，老師聽了后，按他的經(jīng)驗給我推薦了一些很有價值的書，這些書在我設計的過程中給了我極大的幫助。經(jīng)過這幾個月的努力，畢業(yè)設計終于接近了尾聲，在這接近四個月的時間里，我

37、學到了很多，畢業(yè)設計對我們來說設計具有重要的意義。第一，培養(yǎng)了我們有目的地搜集信息、整理信息，進行信息加工的能力；第二，培養(yǎng)了我們的問題意識，學會針對一個問題或項目形成現(xiàn)狀調查、原因分析、改善建議的工作方式；第三，學會研究方案的設計、學會策劃自己，這是開題報告與任務書階段要達到的目的；第四，學會寫大材料，培養(yǎng)寫大材料所需要的明確主題、設計框架、前后呼應、體系有邏輯、克服文不對題毛病、講話要有依據(jù)、論證要有說服力、尊重別人知識產(chǎn)權等等思維能力和心理定勢；第五，提高綜合應用專業(yè)知識解決專業(yè)問題的能力，畢業(yè)論文實際上也就是一場綜合性考試；第六，培養(yǎng)我們關注社會的人格品質；第七，培養(yǎng)我們具備科學研究的

38、素養(yǎng)，培養(yǎng)科學態(tài)度、科學思維、掌握科研手段。當然，關鍵落腳點還是培養(yǎng)我們的創(chuàng)新能力。本次設計我選的題目是節(jié)氣門的流體仿真，題目雖然不算新，但是對我以后的學習有巨大的指導意義。首先，我對設計的流程有了較為詳細的了解；其次，對軟件的熟悉為以后設計提供了更多的幫助。本次設計也發(fā)現(xiàn)了自己存在的很多問題，包括理論知識的缺乏，解決問題的能力等等，所以我還有很多地方需要學習，以前感覺自己什么都懂，有點眼高手低，通過這次畢業(yè)設計，我才明白學習是個不斷積累的過程，以前所學的都只是停留在表面，所以在以后的工作中都要不斷的學習，充實自己的大腦。這次畢業(yè)論文的制作給了我很難忘的記憶，因為它讓我得到了真正的磨練，腳踏實

39、地、實事求是的學習態(tài)度，不怕困難，堅持不懈，吃苦耐勞的精神是我在這次設計中的最大的收益，我想這次意志的磨練，是對我實際能力的一次提升，也會對我未來的學習和工作有很大的幫助。在整個過程中，我學到了新知識，增長了見識。在今后的日子，我仍然要不斷地充實自己，爭取在所學的領域有所作為看著自己畫出的三維圖，做的一個個流體分析，我真的感覺自己的努力得到了回報，當然這離不開我的導師和同學們的幫助，是他們的細心指導讓我能夠成功完成畢業(yè)設計說明書，在此我要向我的導師致以最衷心的感謝和深深地敬意。謝 辭在楊建軍老師的細心指導下，我順利的完成本次畢業(yè)設計。楊老師以前到我我們做過實驗，并且跟我們年齡差距比較小，所以跟

40、他都通起來很輕松。畢業(yè)設計選題的時候，楊老師根據(jù)我們每個人的興趣愛好，專業(yè)和找的工作的情況，給我們每個人都提出了寶貴的建議。我本次設計的題目是普通節(jié)氣門的流場仿真，我選擇這個題目是因為楊老師之前給某家公司做過類似的課題，在我做設計的工程中，能得到更好的指導。在設計過程中，老師讓我們先合理地做規(guī)劃，確定每個階段該做的，在做的過程中一旦遇到問題或瓶頸就主動跟他聯(lián)系，老師會很耐心的指導我們，并和我們一起尋找解決方法。我設計的前階段主要是學習solidworks和fluent軟件，剛開始學軟件時間非常痛苦的事，經(jīng)常有一個部分不知道怎么畫了，或者在畫網(wǎng)格的時候網(wǎng)格出現(xiàn)問題，如果沒有老師的指導，我畫的三維圖和做的分析就不會完成的那么順利。在每次開會的時候，老師都很有效率的給每一個同學提解決方案。就算有同學