气道激发试验 [对柴油机气道现代化设计与试验的研究]
时间：2019-01-23 03:30:00 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要：本文主要在分析柴油机气道的传统设计基础上介绍了其现代化设计理念和关键技术，并通过试验验证了其可行性。根据气道的现代化设计流程，通过逆向工程技术、外型设计、气道曲面的测量和重构以及气道稳流实验，得到了所需要的气道类型。在此基础上，改进设计了一种柴油机的气道，并对其改进前后的气道进行对比试验。经测定，改进后设计的柴油机取得了较好的效果，在排放性能上达到了国Ⅳ排放标准。而且，气道的现代设计方法还能过够降低发动机的设计成本，缩短产品的研发周期。
关键词：柴油机；气道设计；试验
中图分类号：TH12文献标识码：B文章编号：1009-9166（2011）0017(C)-0231-01
在柴油机的运作中，气道发挥着非常重要的作用，而其重要性主要体现在气体燃烧上，气道的结构形状又决定着吸气涡流质量的好坏，因此设计出一款符合大众要求的气道是柴油机设计领域的一项重要课题。本文主要通过研究柴油机的现代设计方法及流程并将其在某型柴油机上进行试验，最终，获得了符合要求的柴油机气道设计方案。
一、柴油机气道设计的发展
目前，柴油机的进、排气道大多运用的是传统的设计流程。一般而言，利用传统的气道设计方法，根据不同设计师设计的模型，大多都能满足气缸结构的要求，但气道的一些主要性能参数可能会有较大差异。如果气道在吹风试验中不能满足流通性能，则需要对其阳模进行修改再试验，如此一来，就会使设计制作周期延长[1]。而且，气道的制作、修改和试验流程机械重复性较大，耗费大量的人力、物力和财力。
而目前研究运用的现代设计方法能够精确地对气道外形进行控制，保证气道表面质量，还会使得气道流通面的修改更加简便。除此之外，根据气道不同参数，能够很容易地利用计算机对其一些特性、参数进行分析和模拟，这样就大大缩短了研制周期、节约了物力和财力。
图1现代设计流程
二、气道的CFD计算及分析
完成气道的外型设计之后，需要对气体在气道内的流动情况进行三维模拟计算分析，以了解气道内的流场结构是否符合要求，根据流体的线性关系、动量和能量守恒及湍流模型方程通过CFD软件进行计算，主要致力于解决以下几方面问题：（1）建立计算模型。由于气道的流动性能试验主要是在稳态条件下进行的，因此，通过一系列固定气门升程时产生的稳态气体流动来近似模拟非稳态气体流动，对稳态的计算便于对计算结果用实验结果进行验证。（2）划分计算网格。将原始模型导入Hypermesh进行四面体网格的自动划分，并且在边界上进行加密，网格数目大概在56万。（3）选择合适的湍流模型。就目前的发展情况而言，在对内燃机的流场湍流描述中，七一模型仍是最理想的模型。（4）确定边界条件。本文试验采用压力边界条件，即以进口处的大气压力作为边界条件，出口处也采用此压力边界条件，压差为2.8kP。气道的壁面温度采用绝热边界条件，其壁面的速度则采用无滑移边界条件。
三、改进前、后气道试验效果对比及整机配试
对改进前、后的气道分别进行了稳流吹风对比试验，并根据最终改进定型的气道铸造出相符的气缸盖，再结合燃烧和供油系统的研究[2]，对改进后的发动机进行了全面的优化匹配测试，以下是测试结果：
表1改进前、后气道稳流对比试验结果
表2改进优化后的比排放量结果
先对气道型心和气道芯盒进行CFD分析并得到结果，然后在稳流试验台上进行气道稳流试验，测量气道芯盒的涡流比和体积流量值。从表1中可以看出，改进后气道体积流量较改进前明显增加，涡流比也有不小幅度的提高，气道的稳流吹风试验也与气道的三维流场计算结果吻合。另外，从表2中可以看到，改进后的柴油机在NOx、NOx+HC和CO的排放量上均低于改进前，达到了国Ⅳ排放标准。
结论：在对比分析了气道的传统设计流程和现代设计流程后，突显了现代设计的优势，进而按照现代设计流程对某型柴油机的气道进行改进，最终通过试验测定获得了比较符合要求的新型气道。在此过程中，运用逆向工程于柴油机气道的研究，能够快速、准确的得到研究产品的三维实体模型，保证了气道设计的精确性。另外，通过CFD技术的应用使对气道内流场进行重复性模拟试验成为现实，并且具备相当的准确性，能够很好地达到设计要求。最后，应用快速成型技术制得气道型芯和气道芯盒，以此进行气道稳流试验。结果证明，这种柴油机的现代设计方法可有效地减少试验次数，避免大量的重复性工作，缩短了产品的设计周期，从而，在很大程度上节省了人力、物力和财力。这种现代设计理念能够很好的实现产品在思想与实际设计之间的转换，符合现代制造业的发展趋势。
作者单位：保定长城内燃机制造有限公司
作者简介：郑德生，工作于保定长城内燃机制造有限公司技术中心产品开发科。
参考文献：
[1]韩义勇.CFD在柴油机螺旋气道评价中的应用[J].装备制造技术,2005(2).
[2]王梅.基于UG的柴油机缸盖气道CAD设计.机械与电子,2011,(1).
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