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发动机进气道三维数值模拟及仿生设计

2013-08-16王国林

王国林,付 晶

(江苏大学汽车与交通工程学院,江苏镇江212013)

进气道是发动机的重要组成部分,其结构设计直接影响进气量和流通系数,进而影响燃烧质量及排放物的生成。在进气管尺寸一定的条件下,流通系数取决于进气阻力。研究表明,对于大功率高速增压中冷柴油机,从最大扭矩点到标定转速点,进气阻力每增加1 kPa,功率降低 0.3% ~ 0.7%,燃油消耗率升高0.3% ~0.6%,排气温度升高0.9% ~1.7%[1]。

为降低进气道阻力,许多学者在进气系统优化方面做了大量研究工作。北京理工大学的周磊,等[2]通过分析进气道内部三维流场及横截面面积变化,提出缩小气门杆后部的气流停滞区可以提高4% ~11%的进气量。江苏大学的刘胜吉,等[3]以168F汽油机为研究对象,通过对进气道参数的优化设计,消除了原样机进气道流通截面积的突变,减少了流通阻力,提高了充量系数。中科院工程热物理研究所的付经伦,等[4]在不改变原机气道形状的基础上,利用稳流试验的方法研究了进气道位置的优化问题。由此可见,为提高发动机充量系数,进气道优化方面的研究主要是从进气道形状,材料,布置位置等方面展开的,而通过改变空气流动的壁面阻力来优化发动机进气道的研究报道并不多见。

20世纪60年代NASA兰利研究中心的D.W.Bechert,等[5]通过试验发现顺流向的V形沟槽面能够有效降低表面摩阻,使非光滑表面减阻的效能研究引起了极大的关注。P.W.Beannan,等[6]发现雷诺数在4×104~3×105的范围内,利用直径与圆柱直径比为0.009的凹……

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