三角轉(zhuǎn)子氣動機工作過程的數(shù)值模擬研究.pdf

1、現(xiàn)今社會保護環(huán)境、節(jié)約能源的全民意識在不斷上升，汽車尾氣排放的標(biāo)準(zhǔn)也日益嚴(yán)苛，使整個社會對超低排放發(fā)動機的需求不斷提升。氣動發(fā)動機是將壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的機械能，具有排放無污染、能源來源廣以及制造成本低等多個優(yōu)勢，具有很好的市場應(yīng)用前景。三角轉(zhuǎn)子氣動機作為氣動發(fā)動機的一種，具有質(zhì)量輕、體積小、運行平穩(wěn)、噪音小、高速性能好等往復(fù)氣動機無法比擬的優(yōu)點，使之在某些指定領(lǐng)域具有重要意義。因此，開展對轉(zhuǎn)子氣動機的研究就十分有意義。

2、r>　　本文以FLUENT軟件為平臺，結(jié)合自定義的多個UDF模塊實現(xiàn)轉(zhuǎn)子和進排氣口控制閥的動網(wǎng)格運動，實現(xiàn)了整個轉(zhuǎn)子氣動機的動態(tài)模擬，分析了配氣相位、進氣道方向、發(fā)動機結(jié)構(gòu)對轉(zhuǎn)子氣動機性能的影響。相關(guān)結(jié)果為三角轉(zhuǎn)子氣動機工作性能的改善提供了初步的理論指導(dǎo)。本文的主要工作和創(chuàng)新點如下：
　?。?）對現(xiàn)有轉(zhuǎn)子發(fā)動機進行改造，通過利用FLUENT軟件的二次開發(fā)功能所編譯的多個UDF程序，實現(xiàn)了轉(zhuǎn)子和進排氣閥轉(zhuǎn)動的動網(wǎng)格運動。在此基礎(chǔ)上，

3、選擇了合理的湍流模型和邊界條件，建立轉(zhuǎn)子氣動機的二維動態(tài)模擬模型，并將模擬結(jié)果與實驗結(jié)果進行對比，驗證了模型的可行性。
　　（2）通過數(shù)值模擬獲得了不同配氣相位時缸內(nèi)流場的變化情況，并分析了進氣提前角、進氣持續(xù)角、排氣提前角和排氣持續(xù)角對轉(zhuǎn)子氣動機的動力性和經(jīng)濟性的影響。結(jié)果表明：功率隨進氣提前角呈先增大后減小趨勢，而耗氣率隨著進氣提前角的增大而降低；功率隨進氣持續(xù)角呈增大趨勢，耗氣率也隨著進氣持續(xù)角的增大而增大；功率隨排氣提前角

4、的滯后呈降低趨勢，而耗氣率隨著排氣提前角的滯后而增大；功率隨排氣持續(xù)角的增大而上升，而耗氣率隨著排氣持續(xù)角的增大呈先減小再升高趨勢。
　　（3）基于正交法的極差分析對配氣相位進行了優(yōu)化。結(jié)果表明，在針對轉(zhuǎn)子氣動機的動力性研究中，配氣相位四因素的影響程度從大到小依次是：進氣持續(xù)角、排氣提前角、進氣提前角和排氣持續(xù)角。對于其經(jīng)濟性，配氣相位角的影響程度依次是：排氣提前角、進氣持續(xù)角、排氣持續(xù)角和進氣提前角。對于有效功率，最佳的配氣相位

5、角：進氣提前角30o、進氣持續(xù)角270o、排氣提前角15o、排氣持續(xù)角280o。對于耗氣率，最佳的配氣相位角：進氣提前角45o、進氣持續(xù)角210°、排氣提前角15°、排氣持續(xù)角260°。
　?。?）基于優(yōu)化的配氣相位，設(shè)計了不同的工作室形狀進行工作過程模擬，獲得了流場的結(jié)構(gòu)以及壓力場分布的變化情況，并得出了工作室形狀對動力性和經(jīng)濟性的影響。結(jié)果表明，工作室內(nèi)部的凹坑對缸內(nèi)流場分布影響較小，而凹坑的出現(xiàn)使耗氣率增大；斜入式轉(zhuǎn)子氣動機