开题报告G4135柴油机缸内态流场计算.docVIP

毕业设计开题报告 学 生 姓 名： 学 号： 学 院、系： 机电工程学院车辆与动力工程系 专 业： 热能与动力工程 设 计 题 目： G4135柴油机缸内瞬态流场计算 指导教师: 毕 业 设 计 开 题 报 告 1．结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述： 文 献 综 述 一、内燃机内气体流动概述 内燃机内的气体流动包括气缸、进排气管系以及涡轮增压器等。不同物理域内的流动问题，气缸内气体流动对内燃机性能的影响至关重要。详细的缸内流场信息，是内燃机性能研究的重要内容。由于结构和热力过程的特殊性，使内燃机缸内的气体流动与工程上一般形状较为规则的物理域流场有很大的不同，具有强压缩，强瞬变，强旋流，各向异性的流动特征，因此，内燃机缸内气体流动的研究一直是内燃机理论研究中的难点之一。具体表现在 ：内燃机缸内气体的流动包含着尺度非常复杂，瞬变性极强，分布极不均匀的湍流流动，对喷雾混合过程，湍流燃烧过程产生极其重要的影响，但其生成机理迄今并不十分清楚 ，是模拟中难以解决的重要问题；其次，缸内气体流动存在着复杂的约束边界（如各形状的燃烧室）及换热边界（如水冷式缸套），其边界条件的描述与处理直接关系到流场定解问题的准确性，边值的正确确定也不以解决，是需要着力研究的问题；第三，流场物理域边界瞬时有变化（如气门、活塞运动），流场容积不固定，也给模拟研究带来问题。由于这些问题在计算流体力学中也属于前沿问题，因此在讨论热力过程模拟时，仅仅是为了求得整机综合性能参数的匹配，将对缸内流场作以简化[1][2]。 气缸内气体的流动，供油系统以及燃烧室形状之间的优化匹配是实现高效低功 率低污染燃烧的关键。内燃机缸内气流的流动十分复杂，是典型的三维不定常 流动，发动机的结构参数（进气管路，气门机构，燃烧室形状等）以及运转参数（转速，进、排气管内的压力等）都对气缸内的气体流动产生影响，因此近几十年来对内燃机燃烧过程的研究都把相当大的精力花在对气缸内气体流动的研究上。计算流体力学（CFD）研究的进展也可以对内燃机汽缸内的气体流动进行三维计算。CFD的方法作为一种辅助设计的手段具有周期短，见效快费用低，信息量大，适用性强，能充分反映几何形状对气体流动状况的影响，又便于多方案比较等特点，是研究内燃机内流动过程的重要途径[3]。 内燃机缸内气体流动的形式有涡流运动和滚流运动两种形式，它们对混合气的形成和燃烧过程具有决定性作用，同时影响着发动机的动力性、经济性、燃烧噪声和有害气体的排放。 二、瞬态特性的研究 当前，研究瞬态过程大体上有两条途径，即：实验研究和模拟计算。试验为计算提供初始数据，也是最终验证计算结果与否的重要手段，没有必要的试验，模拟计算是无法进行的。但是由于瞬态特性的特点，瞬态试验比稳态实验困难得多，为了比较某些结构参数改变对内燃机瞬态特性的影响，有时在实际试验中也是无法进行的。因此，采用模拟计算的方法来研究瞬态特性往往是一种有效的研究手段。 如何以计算方法模拟研究瞬态过程？目前在国内外还是尚未完满解决的问题，存在一定的难度，既缺乏足够试验基础的支撑，又缺乏更为实用的数学方法描述，重要的还在于对物理过程机理的研究和认识不够，这些都是需要进一步研究和解决的问题。物理系统中运动过程的形态，是物理系统内部运动规律和外部影响因素的反应。因此，要定量的分析和研究运动过程，就必须根据系统内部的物理变化规律和外部的影响因素来进行；同时，还必须运用相应的数学方法来具体的描述运动变化的形态。所以说在瞬态过程的计算模拟中，物理变化规律是根据，数学方法是手段。 具体地说，可以把计算瞬态模拟过程的方法分解为三个步骤：第一步，把具体的物理系统根据内部物理变化规律及外部影响因素加以简化和理想化，抓住其主要因素而忽略其次要因素，将物理系统的运动形态表达为数学方程的形式，即建立起相应的数学模型。第二步，运用数学的方法求解所建立的数学方程组，计算出表征系统中瞬态过程的诸参数。第三步，将求得的数学结果赋予物理意义，从机理上加以讨论和解释，并判断它是否相对地符合于物理系统的实际情况[4][5]。 三、关于FLUENT FLUENT是用于计算流体流动和传热问题的程序。它提供的非结构网格生成程序，对相对复杂的几何结构网格生成非常有效。 程序的结构 FLUENT程序软件包由以下几个部分组成： GAMBIT---用于建立几何结构和网格的生成。 FLUENT---用于进行流动模拟计算的求解器。 prePDF---用于模拟PDF燃烧过程。 TGrid---用于从现有的边界网格生成体网格。 Filters（translators）---转换其他程序生成的网格，用于FLUENT计算。[6][7] FLUENT涉及到本课题中可以求解的问题