乘用车排气系统内流场分析毕业论文(编辑修改稿)

乘用车排气系统内流场分析毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

，并运用流体分析软件对排气系统整体内流场的工作情况进行分析研究，得到排气系统内流场的分布状况，根据得到的相应数据，对排气系统的性能作出评价； 2. 根据排气系统在现实状况中的外界以及内部条件，在运用软件分析内流场时，根据相应的条件，设定初始条件根据给定的条件分析出来的结果，来判定排气系统设计的最佳方案； 3. 简单介绍 CFD 的理论，并简述了计算 CFD 中常用的几种湍流模型，最后介绍了多孔介质模型的一些 处理方法。 4. 通过给定的条件，和设定的边界条件完成排气系统内部流场的分析，根据得到的结果不断改进排气系统的结构，进行优化设计。 河北工业大学 20xx 届本科毕业论文 7 2 流体力学及流场分析软件的介绍 概述 流体力学的连续介质力学的一个分支，是研究流体（包括气体和液体）及相关力学行为的科学。 根据对运动物体的研究可以分为静力和动力，也可以按应用范围分为水力学，空气动力学等。 流体力学的基本方程是纳维 斯托克斯方程， NavierStokes方程。 它包含的速度 ，压力，密度，粘度， P 和 T 的变量，如温度，这些位置（ x， y，z）函数和时间 流动模拟是第一个完全建立在 SolidWorks 软件在热流体仿真分析模块，操作简单，使用方便。 流动模拟不需要另一个计算流体动力学（ CFD）来修改你的设计中的应用，从而节省了时间和成本的相当大的。 利用 CFD 分析功能，可以模拟液体和气体流量，操作条件的实际情况，和组件或周围的流体渗透零件的快速分析，传热和相关的力。 流体力学及应用现状 （ 1） 流体力学的发展 在第十七世纪，牛顿流体阻力的研究在移动体力学的创始人，阻力是与流体的 密度 、 物体迎流截面积以及运动速度 平方成正比关系。 他在粘性流体运动的内部摩擦是牛顿粘性定律提出了。 然而，牛顿尚未建立流体动力学理论基础上，他提出了许多的力学模型及结论与实际情况是不同的。 在那之后，法国被用来测量皮托管测速；戴伦Bell 在电阻的运河船的许多实验，证实与物体的速度阻力之间的关系；瑞士的欧拉采用连续介质的概念，静压力的概念应用于流体的运动，欧拉方程，通过在非粘性流河北工业大学 20xx 届本科毕业论文 8 体运动微分方程的正确描述；伯努利从经典力学的水节能，供水管道流动，精心安排的实验和分析，流体的速度，关系的管道压力，高度下的运动 —— 伯努利 方程。 这些伟大的进步是研究方法和使用不同的数学分析方法，建立实验设备和大型，精密仪器，分不开的。 50 年代以来，计算机的不断提高，使分析的方法研究了原始的利用，可以采用数值计算的方法进行的，在这个新的分支计算流体动力学。 同时，由于民事和军事生产，流体力学等学科也取得了很大的进步。 （ 2） 流体力学应用现状 从 80 年代初期开始才有 CFD 应用于汽车领域， 在这几年之间 ，其应用已涉及到汽车车身设计、汽车内部空间的空调、发动机内部的气体流动以及冷却系、汽车液力变矩器、废气涡轮增压器中的压气机和涡轮的叶轮与蜗壳等中的流动 现象的研究与计算，同时进一步发展到研究汽车与发动机中传热、燃烧以及预测噪声强度与模具设计等相关的问题。 排气系统是汽车发动机的关键部件之一，其优劣影响到汽车的经济性、动力性和有害物排放的水平。 近年来更多的汽车采用了四气门技术及可变技术，柴油机也向直喷式燃烧室发展，这就使得相应的气道设计日趋复杂化。 运用 CFD 方法对排气系统内流体流动进行模拟计算，可以获得排气系统内压力、流速、流场分布以及温度场等的分布规律，并建立排气系统的形状与其特性的关系，为设计与改进提供依据。 Solidworks 软件的应用范 围 SolidWorks 20xx 一些提供的新功能可以提高设计师和工程师的工作效率。 例如，快速的大小是申请专利标记功能，可以显示新的大小放置的替代品，和现有的尺寸甚至重新排列，从而为选定的空间大小。 配置发布。 用户可以方便地发布到三维contentcentral174。 服务接口，可以很容易地配置替代模型。 正在申请专利的智能鼠标手势的手部动作的简化了前所未有的改善。 SolidWorks 20xx 还提供了参考平面大大加强的创作方法，钣金，焊接性能，功能组件镜像和直接编辑工具。 PhotoView 360的使用，初学者也 可以设计的照片图像渲染效果如大师。 河北工业大学 20xx 届本科毕业论文 9 1. SolidWorks 拥有功能齐全的 实体建模功能。 通过拉伸、旋转、薄壁 特征、高级抽壳、特征阵列以及打孔等操作来实现产品的设计。 2. 通过对特征和草图的 不断修复 ，用拖拽的方式实现实时的设计 优化。 3. 三维草图功能为扫描、放样生成三维草图路径，或为管道、电缆、线和管线生成路径。 Flow Simulation 软件简介 Flow Simulation 软件 是一款功能强大的计算流体力学（ CFD）工具，可以轻松快捷地仿真对于成功的设计至关重要的液体流动、 传热和流体作用力。 下图为Solidworks 软件中 Flow Simulation 应用部分： 图 solidworks 软件 Solidworks Flow Simulation 为无缝嵌入 solidworks 中的流体仿真软件 ，是一种新的工具的革命产生的流体动力学分析。 该软件采用新技术，特别是与流体啮合，设计工程师与热相关的产品开发提供了有力武器。 将复杂的计算流体动力学。 你可以很快的和容易的模拟液体流动，传热和流体动力设计成功的关键。 流体和气体流动模河北工业大学 20xx 届本科毕业论文 10 拟的实际条件，运行“假设”，并影响侵袭性零件的快 速分析及部分对流体流动，传热和相关的力。 可以比较的设计方法做出更好的决策，从而获得性能优良的产品。 模型的具体专业可以简化分析暖通空调和电动冷却。 河北工业大学 20xx 届本科毕业论文 11 3 排气系统理论基础 汽车排气系统的基本要求 （ 1） 应该满足发动机的排气 要求，如排气背压、功率损失等 因素 ； （ 2）排气系统中的 零部件不可以 承 担 由于重量、惯性力、元件的相对运动或由于过热膨胀产生的 形状改变而引起 过大应力； （ 3）排气系统必须能 够阻止外界的异物 ,如其他液体、垃圾等通过排气系统进入发动机 或增压器； （ 4）排出的废气必须扩散 到汽车进排气 系统以外 ，以免对发动机合适的 工作 环境和 正常 运转产生不良影响； （ 5）排气系统 内流体产生的噪声必须 降低到符合相关法规的 要求。 排气系统的组成 排气系统由 排气歧管、前管 、催化转化器、中心管、主消音器和 尾 管等零部件构成。 根据车种的不同，有的安装了数个催化转化器，有的安装了副消音器。 下图 为排气系统的 基本结构： 河北工业大学 20xx 届本科毕业论文 12 图 排气系统组成 排气系统各个组成的功用 （ 1）排气歧管，又 叫排气支管，是发动机的一个重要组件，它的设计是一项专业化的工作。 发动机在工作过程中所产生的废气通过排气歧 管进入排气管。 （ 2）催化反应器 为了减少汽车排出的废气对空气的污染排气净化系统。 将汽车 发动机缸内燃烧产生的 CO、 HC 和 NOx 等有害气体通过氧化 还原反应 转 化 为无害的CO H2O 和 N2 等气体 的 过程。 三元催化器的载体部件是一块多孔陶瓷材料，安装在特制的排气管当中，通过废气流经管内的多孔介质，对其进行废气处理。 （ 3）消声器：排气 系统上的消声器既可以让 气流通过，又 可以 消除或 者降低 排气 系统内噪声 噪声的装置，是控制气流噪声的主要装置。 合理的消声器设计，可以在其正常的工作环境下，有效的降低噪声污染，降低阻力损失。 （ 4）排气尾管：保证排出的尾气，不至于吹到车身上，也不能使 排出的尾气被吸进空气滤清器，影响发动机的工况。 河北工业大学 20xx 届本科毕业论文 13 4 排气系统内流场的模拟计算 Flow Simulation 软件求解过程 (1) 整体设计流程 不管是流动、传热、污染的移动、稳态问题，还是瞬息问题，此类的求解过程均可以用图 所示的过程来求解： 图 整体设计流程 (2) 确立控制方程 对于理论分析 ,采用守恒或非守恒 变量 ,守恒方程或非守恒方程 ,通常没有本质的区别 ,但是离散的数值计算中 ,守恒型与非守恒型 引起的差别会很大 ,尤其是求解含激波等弱解问题时。 因此 方程的守恒性 ，是计算流体力学中需要重点 注意的问题。 排气河北工业大学 20xx 届本科毕业论文 14 系统内的废气属于流体，所以应该遵循基本的守恒定律。 但是 如果 排气系统内的 废气的流体处于湍流状态时，我们还要添加湍流的运行方程。 (3) 边界条件的设定与初始条件的确立 边界条件与初始条件是控制方程有确定解的前提。 边界条件是在求解区域的边界上所求解的变量或其导数随时间和地点的变化规律。 对于任何问题，都需要给定边界条件。 初始条件是所研究对象在过程开始时刻各个求解变量的空间分布情况，对于瞬态问题，必须给定初始条件，稳态问题，则 不用给定。 对于边界条件与初始条件的处理，直接影响计算结果的精度。 在稳态问题中，初始条件影响结果收敛的速度，而边界条件控制流动形式。 在瞬态（非稳态）问题中，随时间变化的流动形式收到边界条件和初始条件的影响。 在瞬态问题中，除了要在计算开始之前初始化相关的数据外，不需要其他特殊处理。 给定初始条件时要注意的是：要针对所有计算变量，给定整个计算域内各单元的初始条件；初始条件一定是物理上合理的，要靠经验或实测结果。 在流动分布的详细信息未知，但边界的压力值已知的情况下，使用恒压边界条件。 应用该边界条件的典型问 题包括：物体外部绕流，自由表面流，自然通风及燃烧等浮力驱动流和有多个出口的内部流动。 针对任何问题，都需要设定边界条件。 例如，在椎管内的流动，在椎管进口断面上，我们可给定速度、压力沿半径方向的分布，而在管壁上，对速度取无滑移边界。