cit5.0进排气系统的设计优化【字数：10619】
进气系统和排气系统是发动机的组成部分，进排气系统的布置形式和结构参数对发动机的进气量输入、进气输出的均匀、废气的排放、动力均匀输出有着重要的影响，因而影响到汽车的动力性、经济性和排放特性。因此，进排气系统的合理设计能够提高发动机性能，进排气的设计在发动机的研发过程中，有着重要的地位。而FSAE大赛需要加装一个20mm的限流阀来限制发动机的最大功率，所以进排气的设计是必然的。本文以CBR600 型汽油发动机进气歧管为研究对象,加装20mm限流阀后，为弥补加装进气限制器对发动机动力性下降的影响，对发动机进排气系统进行设计优化。在确定进排气类型后计算发动机进排气歧管长度，首先在CATIA软件中建立进排气的三维模型，然后运用Fluent软件对三维模型进行流体分析，最后针对分析结果进行进排气的优化设计。使得CBR600发动机在限制进气流量情况下有最大的动力输出。研究结果表明每辆车都有更适合它的进排气系统，合适进排气系统直接决定了发动机的动力上限，针对比赛中的实际情况对发动机进排气系统进行设计与优化，可以使赛车在比赛过程中有更好的成绩。
目录
1. 绪论 1
1.1课题背景及意义 1
1.2国内外进排气系统研究现状 1
1.3本课题的主要研究内容： 2
2. 进排气设计 3
2.1 CIT5.0进排气系统类型的确定： 3
2.1.1进气系统形式的确定 3
2.1.2排气系统形式的确定 3
2.2 cbr600发动机参数 4
2.3进排气系统歧管长度的计算： 4
2.3.1脉动效应与惯性效应： 4
2.3.2进气歧管长度的计算 5
2.3.3排气歧管长度的计算 5
2.4尾端总管的设计与噪声控制 6
2.5本章小结 6
3. 进排气三维模型的建立 7
3.1进气模型设计与网格划分 7
3.1.1 进气系统模型设计 7
3.1.2 进气系统模型的网格划分 7
3.2排气模型设计与网格划分 8
3.2.1 排气系统模型设计 8
3.2.2排气系统的划分网格 8
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
3.3本章小结 9
4. 进排气系统的流体分析 10
4.1 进气系统的流体分析前处理 10
4.2 进气总管的流体分析 10
4.2.1 限流阀上锥角流体分析 10
4.2.2 限流阀下锥角流体分析 12
4.3 排气系统流体分析前处理 13
4.3.2 排气系统参数设置 13
4.4 排气系统流速场与压力对比分析 15
4.4.1 排气系统流速场分析 15
4.4.2 排气压力场对比分析 16
4.5 本章小结 16
5. 进排气系统的优化 17
5.1稳压腔与进气歧管的流场优化 17
5.2进气歧管缩放口优化 18
5.3 排气歧管优化 19
5.4 本章小结 20
结论 21
参考文献 22
致谢 23
1. 绪论
1.1课题背景及意义
中国大学生方程式汽车大赛[1]（Formula Student China，简称FSC）是由国内外各高校的在读学生参赛，其由中国汽车工程学会举办。参赛队伍根据比赛规则，设计并制造出一辆小型方程式赛车，并进行静态和动态相关项目的竞技。
车队成员需要分工协调合作完成整辆赛车的制作，这就需要车队成员不仅要具有丰富的理论知识，还需要具有超强的动手能力和严谨学习态度，整个过程是理论与实践的结合，对学生成员综合能力的培养有极大的帮助。因而，设计并制造出一辆符合比赛要求的方程式赛车的过程是充满艰辛的，整个周期为一年。
根据比赛规则，若不对发动机进气量加以限制，在比赛过程中有可能出现危险。出于安全性与可行性的考虑，发动机的最大进气量需要通过在进气系统中设计一个大小为20mm的限流阀来进行限制。因此，一套完善的进排气系统可以使发动机在此限流阀的限制下达到最佳动力输出，这也是CIT5.0进排气系统优化设计的初衷。发动机动力性的优化是赛事取得优异成绩的必然要求。通过提高进气缸的空气量和改善气缸内混合气体的流动与燃烧可以有效提高发动机动力性。进入气缸内的空气量由进排气系统的结构尺寸决定。进排气系统在增加限流阀以后，其结构对发动机动力性能有着更显著的影响。因此，对进排气系统结构优化设计的研究对于提高发动机性能有着重要的意义。
1.2国内外进排气系统研究现状
2018年，全球有十多个国家举办大学生方程式比赛。中国赛是每年十月份在湖北襄阳举办，其中，在2018年有82支车队参加该比赛。国内方程式比赛主要使用的发动机为本田CBR600四缸机，排量为600cc；其次是型号较多的单缸机，如吉林大学的KTM690，排量为690cc。因此，目前进排气系统的设计主要以四缸进排气系统和单缸进排气系统为主。
目前，国内外学者对与发动机进排气系统的优化设计一般通过实验和数值模拟两种方法。其中，相较于传统的实验方法，软件模拟快捷方便且成本更低，更适用于FSC的优化及设计。尽管软件无法模拟真实工况，但通过仿真可以模拟出大概趋势。通过模拟结果，再进行实验可以降低设计成本。因而，各参赛学校多以软件仿真为主要设计方法。
重庆大学代文庆[2]通过对可变进气歧管在赛车上的优化设计来提高发动机在各转速下的最佳性能。柳威[3]等人通过赛车限流阀的优化仿真来提高发动机在限制进气量下的充气效率研究。谭正平[4]等人通过对进气系统参数的优化来提升发动机的动力性。洪汉池[5]等人在经过对发动机谐振进气的研究来提升发动机进气的可持续性。彭才望[6]对FSAE发动机进气性能的研究时赛车发动机获得的更强的动力输出。谷芳[7]等人基于CFD数值模拟的汽车排气系统结构分析有效的降低了汽车排气背压。陈艳梅[8] 基于AVL Fire的汽车旋流排气装置试验研究提高了汽车排气管负压吸力、加快气体排放、从而提高充气效率。钟绍华[9]等人通过GTPower软件模拟仿真以匹配发动机和消声器。褚超美[10]等人通过研究进排气管结构与配气系统匹配提高了发动机的动力性。杨林[11]等人通过对FSAE赛车动力学的仿真及实验验证了多体动力学虚拟样机的的准确性。罗毅[12]等人通过对排气管结构进行改进提高了排气出口的均匀性。毕嵘[13]等人通过对阻抗复合式消声器声学特性的研究提高了消声器的降噪效率。文琪[14]通过对汽车尾气减阻特性和扩散特性的协同优化研究降低了汽车气动阻力及控制了尾气扩散规律。
综上所述，对于FSAE赛车进排气系统的优化与设计，我们已经有了一定的研究。但是不同的发动机有着不同的输出特性，不能以一概全，针对CIT5.0发动机，为了更好的应对赛场的各种情况而重新设计一套进排气系统，并加以优化，以达到我们所需要的最佳输出。
1.3本课题的主要研究内容：
本课题以CBR600RR发动机为研究对象，通过加装20mm限流阀，分析了不同进排气结构参数对发动机动力输出的影响；研究了不同限流阀角度尺寸对进气流量的影响；对比了各类型进气歧管设计对发动机各缸进气均匀性的影响，以及不同回路排气类型对排气动力损失以及噪声的影响。通过对比分析不同结构尺寸对发动机动力的影响，最终确定了CIT 5.0赛车的进排气系统设计方案。具体内容如下：
目录
1. 绪论 1
1.1课题背景及意义 1
1.2国内外进排气系统研究现状 1
1.3本课题的主要研究内容： 2
2. 进排气设计 3
2.1 CIT5.0进排气系统类型的确定： 3
2.1.1进气系统形式的确定 3
2.1.2排气系统形式的确定 3
2.2 cbr600发动机参数 4
2.3进排气系统歧管长度的计算： 4
2.3.1脉动效应与惯性效应： 4
2.3.2进气歧管长度的计算 5
2.3.3排气歧管长度的计算 5
2.4尾端总管的设计与噪声控制 6
2.5本章小结 6
3. 进排气三维模型的建立 7
3.1进气模型设计与网格划分 7
3.1.1 进气系统模型设计 7
3.1.2 进气系统模型的网格划分 7
3.2排气模型设计与网格划分 8
3.2.1 排气系统模型设计 8
3.2.2排气系统的划分网格 8
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
3.3本章小结 9
4. 进排气系统的流体分析 10
4.1 进气系统的流体分析前处理 10
4.2 进气总管的流体分析 10
4.2.1 限流阀上锥角流体分析 10
4.2.2 限流阀下锥角流体分析 12
4.3 排气系统流体分析前处理 13
4.3.2 排气系统参数设置 13
4.4 排气系统流速场与压力对比分析 15
4.4.1 排气系统流速场分析 15
4.4.2 排气压力场对比分析 16
4.5 本章小结 16
5. 进排气系统的优化 17
5.1稳压腔与进气歧管的流场优化 17
5.2进气歧管缩放口优化 18
5.3 排气歧管优化 19
5.4 本章小结 20
结论 21
参考文献 22
致谢 23
1. 绪论
1.1课题背景及意义
中国大学生方程式汽车大赛[1]（Formula Student China，简称FSC）是由国内外各高校的在读学生参赛，其由中国汽车工程学会举办。参赛队伍根据比赛规则，设计并制造出一辆小型方程式赛车，并进行静态和动态相关项目的竞技。
车队成员需要分工协调合作完成整辆赛车的制作，这就需要车队成员不仅要具有丰富的理论知识，还需要具有超强的动手能力和严谨学习态度，整个过程是理论与实践的结合，对学生成员综合能力的培养有极大的帮助。因而，设计并制造出一辆符合比赛要求的方程式赛车的过程是充满艰辛的，整个周期为一年。
根据比赛规则，若不对发动机进气量加以限制，在比赛过程中有可能出现危险。出于安全性与可行性的考虑，发动机的最大进气量需要通过在进气系统中设计一个大小为20mm的限流阀来进行限制。因此，一套完善的进排气系统可以使发动机在此限流阀的限制下达到最佳动力输出，这也是CIT5.0进排气系统优化设计的初衷。发动机动力性的优化是赛事取得优异成绩的必然要求。通过提高进气缸的空气量和改善气缸内混合气体的流动与燃烧可以有效提高发动机动力性。进入气缸内的空气量由进排气系统的结构尺寸决定。进排气系统在增加限流阀以后，其结构对发动机动力性能有着更显著的影响。因此，对进排气系统结构优化设计的研究对于提高发动机性能有着重要的意义。
1.2国内外进排气系统研究现状
2018年，全球有十多个国家举办大学生方程式比赛。中国赛是每年十月份在湖北襄阳举办，其中，在2018年有82支车队参加该比赛。国内方程式比赛主要使用的发动机为本田CBR600四缸机，排量为600cc；其次是型号较多的单缸机，如吉林大学的KTM690，排量为690cc。因此，目前进排气系统的设计主要以四缸进排气系统和单缸进排气系统为主。
目前，国内外学者对与发动机进排气系统的优化设计一般通过实验和数值模拟两种方法。其中，相较于传统的实验方法，软件模拟快捷方便且成本更低，更适用于FSC的优化及设计。尽管软件无法模拟真实工况，但通过仿真可以模拟出大概趋势。通过模拟结果，再进行实验可以降低设计成本。因而，各参赛学校多以软件仿真为主要设计方法。
重庆大学代文庆[2]通过对可变进气歧管在赛车上的优化设计来提高发动机在各转速下的最佳性能。柳威[3]等人通过赛车限流阀的优化仿真来提高发动机在限制进气量下的充气效率研究。谭正平[4]等人通过对进气系统参数的优化来提升发动机的动力性。洪汉池[5]等人在经过对发动机谐振进气的研究来提升发动机进气的可持续性。彭才望[6]对FSAE发动机进气性能的研究时赛车发动机获得的更强的动力输出。谷芳[7]等人基于CFD数值模拟的汽车排气系统结构分析有效的降低了汽车排气背压。陈艳梅[8] 基于AVL Fire的汽车旋流排气装置试验研究提高了汽车排气管负压吸力、加快气体排放、从而提高充气效率。钟绍华[9]等人通过GTPower软件模拟仿真以匹配发动机和消声器。褚超美[10]等人通过研究进排气管结构与配气系统匹配提高了发动机的动力性。杨林[11]等人通过对FSAE赛车动力学的仿真及实验验证了多体动力学虚拟样机的的准确性。罗毅[12]等人通过对排气管结构进行改进提高了排气出口的均匀性。毕嵘[13]等人通过对阻抗复合式消声器声学特性的研究提高了消声器的降噪效率。文琪[14]通过对汽车尾气减阻特性和扩散特性的协同优化研究降低了汽车气动阻力及控制了尾气扩散规律。
综上所述，对于FSAE赛车进排气系统的优化与设计，我们已经有了一定的研究。但是不同的发动机有着不同的输出特性，不能以一概全，针对CIT5.0发动机，为了更好的应对赛场的各种情况而重新设计一套进排气系统，并加以优化，以达到我们所需要的最佳输出。
1.3本课题的主要研究内容：
本课题以CBR600RR发动机为研究对象，通过加装20mm限流阀，分析了不同进排气结构参数对发动机动力输出的影响；研究了不同限流阀角度尺寸对进气流量的影响；对比了各类型进气歧管设计对发动机各缸进气均匀性的影响，以及不同回路排气类型对排气动力损失以及噪声的影响。通过对比分析不同结构尺寸对发动机动力的影响，最终确定了CIT 5.0赛车的进排气系统设计方案。具体内容如下：
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/jxgc/qcgc/615.html
