汽油机进气歧管优化设计
汽车进气歧管的作用是将空气、燃油混合气由化油器或节气门体分配到各缸进气道。进气歧管为了将空气、 燃油混合气或洁净空气尽可能均匀地分配到各个气缸，为此进气歧管内气体流道的长度会尽可能相等。进气歧管的好坏，影响着整车的性能质量。进气歧管的质量提高，对于汽车的整车质量提升有着积极得促进意义。
本次论文的目的是对汽油机进气歧管的工作效率做研究，使用AVL FIRE软件对进气歧管计算与分析，然后根据存在的问题修改原始的三维模型，再用AVL FIRE软件对其计算，使进气歧管的作用得到优化，有明显的提升。
关键词 进气歧管，优化模型，进气管优化，AVL FIRE
目 录
1 绪论 1
1.1 发动机进气歧管概述 1
1.2 国内外汽油机进气歧管设计研究现状 1
1.3 机械优化设计概述 2
1.3.1 工程设计难题的提出 2
1.3.2 建立数学模型 3
1.3.3 选择优化方法 3
1.3.4 得出优化设计方案 3
2 AVL FIRE和PRO/E软件的概述 3
2.1 AVL FIRE软件概述 3
2.1.1 AVL FIRE软件的功能介绍 3
2.1.2 AVL FIRE软件的优势 4
2.2 PRO/E的概述 4
2.2.1 PRO/E的基本介绍 4
2.2.2 参数化设计 5
2.2.3 基于特征建模 5
2.2.4 单一数据库 5
4 发动机进气歧管网格计算与分析 5
4.1 发动机进气歧管的三维模型的建立 5
4.2 网格计算的边界条件 6
4.3 发动机进气歧管三 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
维模型的网格文件导出 6
4.4 发动机进气歧管表面网格Selections定义 6
4.5 线网格的生成 7
4.6 体网格的生成 8
4.6.1 体网格建立的详细步骤 8
4.6.2 体网格的检查 9
4.7 边界条件和求解器的设置 10
4.7.1 输入边界条件参数 10
4.7.2 初始条件 10
4.7.3 Fluid Properties (Air） 11
4.7.4 Initial conditions的设置 12
4.7.5 求解器的控制 12
4.7.6 方程的控制 14
4.7.7 线性求解器的设置 16
4.7.8 输出结果的控制 17
4.8 模型的计算与分析 19
4.8.1 运行计算 19
4.8.2 文件的监控 19
4.8.3 残值图的编辑 20
4.8.4 后处理 21
4.8.5 做切片云图 21
4.8.6 云图分析 22
5 进气歧管优化设计 22
5.1 PRO/E软件模型的修改 22
5.2 优化模型的计算与分析 23
5.2.1 优化模型的计算 23
5.2.2 优化模型的分析比较 24
5.2.3 进气管的内径优化 24
5.2.4 进气管的长度优化 25
5.3 优化模型与原始数据的对比 27
结 论 29
致 谢 30
参 考 文 献 31
1 绪论
1.1 发动机进气歧管概述
汽车发动机是汽车上的一个重要组成部分，是提供给汽车的动力来源，对于汽车的发动机研究改进是促进一个汽车动力性能，经济性，实用性有重要的意义。汽油机进气歧管又是发动机上一个重要组成，对于发动机的油耗，功率，转矩有着直接的影响，所以进气歧管的好坏，影响着整车的性能质量。进气歧管的质量提高，对于汽车的整车质量提升有着积极得促进意义。我国的汽车排放法规的严格控制，迫使汽油机要做出相应的改进，改进汽油机的进气系统，如进气歧管的尺寸、形状对进气阻力，进气均匀性以及充气效率有较大的影响。不同的汽油机需要不同规格的进气系统，所以改进进气歧管对于汽油机是一个非常关键的技术之一。
本次论文的目的是对汽油机进气歧管的工作效率做研究，使用计算机的软件优化，区别于传统的测试方法，使其达到精确，方便，快捷等优点，使用AVL FIRE软件对给定的模型进行分析，提出改进的方法，使其提高工作效率。
由于现代生产和科技的发展，科学与技术的现代化，巨型化与精确化，不断出现了新工艺、新技术、新材料，机械产品的也缩短了更新换代周期。于此相互适应，迫切需要提高产品设计质量、寻找最优化设计方案、缩短工程设计周期，这就促使了最优化技术迅速的发展。
电子计算机的飞速发展为优化技术提供了有力的手段。如果没有电子计算机而用人工进行试验计算，不仅工作量很大，且有时是难以实现的。而有了计算机这一有效的计算工具，就使得优化技术得以迅速的发展。
1.2 国内外汽油机进气歧管设计研究现状
在2000年时，国内大部分的进气歧管设计还处于传统的经验主义设计基础上，成功率很低，制造工艺复杂而且粗糙，虽然设计中也应用了一些现代化的设计方法，譬如进气管的三维造型，但国内依旧没有成立一种行之有效的优化设计规则，而且各个优化环节之间缺少必要的联系。随着时代的更替，科技的发展，现代化的科技应用越来越被国内重视，大幅度提高现代化手段在科研上的应用。
在此基础之上, 运用快速成型技术和计算机辅助设计手段, 将产品设计和产品生产有效地结合起来, 可以降低设计中的失败率, 缩短设计周期，减少设计成本，提高设计精度 。
安徽江淮汽车有限公司运用AVL软件，使用1D—3D耦合优化方法，模拟一个发动机循环的流场情况，将发动机模拟的出的流量质量作为三维数值模拟的边界条件，模拟之后，得出各进气支管的流量参数及其偏差，并且得到其流动迹线分布图和总压分布图。在这些流通不均匀，阻力大的部位，通过CAD软件对进气歧管结构进行优化设计。最后再次对优化方案进气歧管进行CFD分析计算。
清华大学，利用发动机工作过程循环模拟软件GT一Power 确定了进气系统的布置和宏观结构参数，依据上述优化结构参数, 利用三维CAD软件Pro/E进行了进气歧管流动区域的造型，在CAD模型基础上,采用网格生成器ICEM生成了计算网格,再利用CFD软件Star一CD对其流场进行了三维数值模拟, 并用稳流气道试验台对计算结果进行了验证。
运用计算机软件进行机械优化设计，对整个机械设计学科产生了相当深刻的影响，在很多过去无法解决的关键性难题上获得了重大的进展、并获得了巨大的经济效益和社会效益。它作为一种新兴的技术，尽管当前还不是特别完善，而且有许多疑难问题有待进一步地探索研究，但可以预见的到，随着现代技术的迅速发展，优化技术将在汽车发展行业中更加广泛有效的应用。
机械优化设计的一般过程区别于传统设计方法，它优选计算机自动设计为其基本特征，其过程化列为四个阶段。
1.3.1 工程设计难题的提出
首先选定设计目标，它可以选定是单项设计指标，也可以选定多项设计指标的组合。从经济技术的观念出发，机器的动力学和运动学性能、体积、质量、效率、成本、可靠性等等都可以设定为设计所要追求的对象，然后分析设计应该满足的条件。主要有以下三类：一类是某些设计参数的取值范围；二类是由某种设计性能或指标根据设计规范推导出的性能要求；三类是工艺条件对某些设计参数的限制等。
1 绪论 1
1.1 发动机进气歧管概述 1
1.2 国内外汽油机进气歧管设计研究现状 1
1.3 机械优化设计概述 2
1.3.1 工程设计难题的提出 2
1.3.2 建立数学模型 3
1.3.3 选择优化方法 3
1.3.4 得出优化设计方案 3
2 AVL FIRE和PRO/E软件的概述 3
2.1 AVL FIRE软件概述 3
2.1.1 AVL FIRE软件的功能介绍 3
2.1.2 AVL FIRE软件的优势 4
2.2 PRO/E的概述 4
2.2.1 PRO/E的基本介绍 4
2.2.2 参数化设计 5
2.2.3 基于特征建模 5
2.2.4 单一数据库 5
4 发动机进气歧管网格计算与分析 5
4.1 发动机进气歧管的三维模型的建立 5
4.2 网格计算的边界条件 6
4.3 发动机进气歧管三 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
维模型的网格文件导出 6
4.4 发动机进气歧管表面网格Selections定义 6
4.5 线网格的生成 7
4.6 体网格的生成 8
4.6.1 体网格建立的详细步骤 8
4.6.2 体网格的检查 9
4.7 边界条件和求解器的设置 10
4.7.1 输入边界条件参数 10
4.7.2 初始条件 10
4.7.3 Fluid Properties (Air） 11
4.7.4 Initial conditions的设置 12
4.7.5 求解器的控制 12
4.7.6 方程的控制 14
4.7.7 线性求解器的设置 16
4.7.8 输出结果的控制 17
4.8 模型的计算与分析 19
4.8.1 运行计算 19
4.8.2 文件的监控 19
4.8.3 残值图的编辑 20
4.8.4 后处理 21
4.8.5 做切片云图 21
4.8.6 云图分析 22
5 进气歧管优化设计 22
5.1 PRO/E软件模型的修改 22
5.2 优化模型的计算与分析 23
5.2.1 优化模型的计算 23
5.2.2 优化模型的分析比较 24
5.2.3 进气管的内径优化 24
5.2.4 进气管的长度优化 25
5.3 优化模型与原始数据的对比 27
结 论 29
致 谢 30
参 考 文 献 31
1 绪论
1.1 发动机进气歧管概述
汽车发动机是汽车上的一个重要组成部分，是提供给汽车的动力来源，对于汽车的发动机研究改进是促进一个汽车动力性能，经济性，实用性有重要的意义。汽油机进气歧管又是发动机上一个重要组成，对于发动机的油耗，功率，转矩有着直接的影响，所以进气歧管的好坏，影响着整车的性能质量。进气歧管的质量提高，对于汽车的整车质量提升有着积极得促进意义。我国的汽车排放法规的严格控制，迫使汽油机要做出相应的改进，改进汽油机的进气系统，如进气歧管的尺寸、形状对进气阻力，进气均匀性以及充气效率有较大的影响。不同的汽油机需要不同规格的进气系统，所以改进进气歧管对于汽油机是一个非常关键的技术之一。
本次论文的目的是对汽油机进气歧管的工作效率做研究，使用计算机的软件优化，区别于传统的测试方法，使其达到精确，方便，快捷等优点，使用AVL FIRE软件对给定的模型进行分析，提出改进的方法，使其提高工作效率。
由于现代生产和科技的发展，科学与技术的现代化，巨型化与精确化，不断出现了新工艺、新技术、新材料，机械产品的也缩短了更新换代周期。于此相互适应，迫切需要提高产品设计质量、寻找最优化设计方案、缩短工程设计周期，这就促使了最优化技术迅速的发展。
电子计算机的飞速发展为优化技术提供了有力的手段。如果没有电子计算机而用人工进行试验计算，不仅工作量很大，且有时是难以实现的。而有了计算机这一有效的计算工具，就使得优化技术得以迅速的发展。
1.2 国内外汽油机进气歧管设计研究现状
在2000年时，国内大部分的进气歧管设计还处于传统的经验主义设计基础上，成功率很低，制造工艺复杂而且粗糙，虽然设计中也应用了一些现代化的设计方法，譬如进气管的三维造型，但国内依旧没有成立一种行之有效的优化设计规则，而且各个优化环节之间缺少必要的联系。随着时代的更替，科技的发展，现代化的科技应用越来越被国内重视，大幅度提高现代化手段在科研上的应用。
在此基础之上, 运用快速成型技术和计算机辅助设计手段, 将产品设计和产品生产有效地结合起来, 可以降低设计中的失败率, 缩短设计周期，减少设计成本，提高设计精度 。
安徽江淮汽车有限公司运用AVL软件，使用1D—3D耦合优化方法，模拟一个发动机循环的流场情况，将发动机模拟的出的流量质量作为三维数值模拟的边界条件，模拟之后，得出各进气支管的流量参数及其偏差，并且得到其流动迹线分布图和总压分布图。在这些流通不均匀，阻力大的部位，通过CAD软件对进气歧管结构进行优化设计。最后再次对优化方案进气歧管进行CFD分析计算。
清华大学，利用发动机工作过程循环模拟软件GT一Power 确定了进气系统的布置和宏观结构参数，依据上述优化结构参数, 利用三维CAD软件Pro/E进行了进气歧管流动区域的造型，在CAD模型基础上,采用网格生成器ICEM生成了计算网格,再利用CFD软件Star一CD对其流场进行了三维数值模拟, 并用稳流气道试验台对计算结果进行了验证。
运用计算机软件进行机械优化设计，对整个机械设计学科产生了相当深刻的影响，在很多过去无法解决的关键性难题上获得了重大的进展、并获得了巨大的经济效益和社会效益。它作为一种新兴的技术，尽管当前还不是特别完善，而且有许多疑难问题有待进一步地探索研究，但可以预见的到，随着现代技术的迅速发展，优化技术将在汽车发展行业中更加广泛有效的应用。
机械优化设计的一般过程区别于传统设计方法，它优选计算机自动设计为其基本特征，其过程化列为四个阶段。
1.3.1 工程设计难题的提出
首先选定设计目标，它可以选定是单项设计指标，也可以选定多项设计指标的组合。从经济技术的观念出发，机器的动力学和运动学性能、体积、质量、效率、成本、可靠性等等都可以设定为设计所要追求的对象，然后分析设计应该满足的条件。主要有以下三类：一类是某些设计参数的取值范围；二类是由某种设计性能或指标根据设计规范推导出的性能要求；三类是工艺条件对某些设计参数的限制等。
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