基于多重約束條件復(fù)雜曲面內(nèi)燃機(jī)切向氣道參數(shù)化研究.pdf

1、氣道性能的優(yōu)劣，直接影響著內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)氣體的流動(dòng)和燃燒狀況，進(jìn)而影響內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放特性。內(nèi)燃機(jī)氣道，受氣體流動(dòng)特性、空間結(jié)構(gòu)、鑄造及加工工藝等多重約束條件限制，具有復(fù)雜的空間曲面結(jié)構(gòu)，有關(guān)內(nèi)燃機(jī)氣道的設(shè)計(jì)及性能的評(píng)價(jià)一直是內(nèi)燃機(jī)研究開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)之一。鑒于此，本課題圍繞內(nèi)燃機(jī)氣道開(kāi)展了穩(wěn)態(tài)流動(dòng)特性的評(píng)價(jià)方法、氣道參數(shù)化設(shè)計(jì)及氣道敏感性分析等系列研究。
　　針對(duì)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的氣道穩(wěn)流評(píng)價(jià)方法不合理假設(shè)過(guò)多，不能對(duì)內(nèi)燃機(jī)瞬態(tài)工況

2、下充氣效率、渦/滾流比等進(jìn)行預(yù)測(cè)難題，根據(jù)理論分析，提出了一種基于氣道穩(wěn)流試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行瞬態(tài)氣道性能預(yù)測(cè)的方法，該方法充分考慮了內(nèi)燃機(jī)瞬態(tài)工況下缸內(nèi)壓力變化、氣體流動(dòng)狀態(tài)、充氣效率、渦流和滾流的演變規(guī)律、殘余廢氣、壓縮比等因素，摒棄了傳統(tǒng)評(píng)價(jià)方法中缸內(nèi)壓力恒定、充氣效率為100％、氣體不可壓縮等不合理假設(shè)條件，建立了內(nèi)燃機(jī)氣道穩(wěn)態(tài)工況和瞬態(tài)工況的對(duì)應(yīng)關(guān)系，首次實(shí)現(xiàn)了內(nèi)燃機(jī)不同轉(zhuǎn)速下充氣效率以及渦/滾流比的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，該模型在某柴油機(jī)上進(jìn)行了

3、試驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果表明：采用該評(píng)價(jià)方法預(yù)測(cè)的內(nèi)燃機(jī)充氣效率與試驗(yàn)值一致，實(shí)驗(yàn)值與預(yù)測(cè)值的偏差小于4%。
　　開(kāi)展了切向氣道的全參數(shù)化設(shè)計(jì)研究。針對(duì)切向氣道，提出并定義了18個(gè)氣道參數(shù)，同時(shí)對(duì)三維軟件Pro/E進(jìn)行了二次開(kāi)發(fā)，構(gòu)建了基于這些參數(shù)的氣道生成系統(tǒng)，僅通過(guò)所定義的18個(gè)氣道參數(shù)的輸入，實(shí)現(xiàn)了切向氣道的全參數(shù)化設(shè)計(jì)。在此基礎(chǔ)上，采用氣道穩(wěn)流試驗(yàn)?zāi)M方法，分別研究了Av、Ab、Hv、Ah、Ar、Ac等關(guān)鍵氣道性能參數(shù)對(duì)氣道性能的影

4、響規(guī)律，研究表明：氣道的流通截面與進(jìn)出口壁面對(duì)氣流的導(dǎo)向作用對(duì)氣道的穩(wěn)態(tài)流動(dòng)特性有決定性的影響。在保持一定流通截面的基礎(chǔ)上，性能參數(shù)對(duì)氣道的流通能力影響較小，對(duì)渦/滾流比有較大的影響。其中，對(duì)于柴油機(jī)切向氣道，進(jìn)氣道出口壁面對(duì)氣流的垂直導(dǎo)向作用使渦流比的變化幅度達(dá)到20%，進(jìn)氣道出口壁面對(duì)氣流的水平導(dǎo)向作用使渦流比的變化幅度達(dá)到15%；對(duì)于汽油機(jī)切向氣道，進(jìn)氣道入口壁面對(duì)氣流導(dǎo)向作用使?jié)L流比的變化幅度達(dá)到4%，進(jìn)氣道出口壁面對(duì)氣流導(dǎo)向作

5、用使?jié)L流比的變化幅度達(dá)到10%。
　　為了對(duì)氣道的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，基于關(guān)鍵氣道參數(shù)構(gòu)建了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型，結(jié)合遺傳算法，以內(nèi)燃機(jī)氣道性能系數(shù)為目標(biāo)函數(shù)，對(duì)氣道的參數(shù)優(yōu)化進(jìn)行了系統(tǒng)研究。研究表明：采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)的氣道性能與數(shù)值模擬結(jié)果具有較好的一致性，其中流量系數(shù)的偏差小于1%，渦/滾流強(qiáng)度的偏差小于1.5%。該優(yōu)化方法在某汽油機(jī)氣道上進(jìn)行了數(shù)值模擬驗(yàn)證，優(yōu)化結(jié)果顯示，該汽油機(jī)氣道最大氣門升程下的流量系數(shù)在保持不變的基礎(chǔ)上，

6、滾流強(qiáng)度提高了6.12%。通過(guò)遺傳算法在氣道設(shè)計(jì)中應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)切向氣道性能參數(shù)的優(yōu)化調(diào)整，從而突破了傳統(tǒng)基于經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行氣道開(kāi)發(fā)的局限性，實(shí)現(xiàn)了進(jìn)氣量和氣流運(yùn)動(dòng)形式彼此制約下氣道性能的最優(yōu)化。
　　氣道設(shè)計(jì)及優(yōu)化完成之后，針對(duì)缸蓋在生產(chǎn)過(guò)程中由于鑄造及加工偏差引起的氣道結(jié)構(gòu)變形，可能會(huì)導(dǎo)致氣道性能的突變，使內(nèi)燃機(jī)機(jī)整體性能下降的現(xiàn)象，對(duì)某柴油機(jī)切向氣道開(kāi)展了敏感性研究，系統(tǒng)的分析了傾斜、偏心以及脹大三種主要缺陷對(duì)氣道性能的影