基于CFD的车辆进气系统流场仿真与分析

目录
摘要 I
ABSTRACT II
第1章绪论 1
1.1研究背景 1
1.2研究现状 2
1.2.1国外的研究概况 2
1.2.2国内的研究概况 3
1.3研究思路及方法 4
第2章车辆进气系统流场消声元件设计 6
2.1进气系统概述 6
2.1.1进气系统结构及工作原理 6
2.1.2进气噪声的产生机理 7
2.2进气消声元件优化 8
第3章车辆进气系统流场仿真分析 10
3.1进气歧管流场分析模型的建立 10
3.1.1计算流体力学基本理论 10
3.1.2进气歧管流场分析方法 11
3.2汽车加速行驶车外噪声分析 12
3.2.1理论介绍 12
3.2.2模型的建立 13
3.2.3结果分析 13
第4章总结与展望 15
4.1全文总结 15
4.2展望 16
参考文献 17
致谢 18
第2章车辆进气系统流场消声元件设计
2.1进气系统概述
发动机的进气系统是把空气或混合气导入气紅的零部件集合体，其功能是尽可能多和尽可能均勻地为发动机供给可燃混合气或清洁、干燥的空气。系统中的主要组件空气滤清器、管路及设计安装的合理性直接影响发动机的动力性和经济性。
2.1.1进气系统结构及工作原理
进气系统包括空气进入系统和进气多支管系统，其中前者主要指进气歧管和进气总管，后者包括空气滤清器、进气消声元件、进气管和柔性连接管等，如图2-1所示[4]。

1-进气系统，2-进气总管，3-进气控制阀，4-怠速进气通道，5-柔性连接管，
6-干净空气阀，7-¼波长管，8-空气滤清器，9-空气过滤阀，
10-赫姆霍兹消声器，11-进气口
图2-1进气系统结构示意图
空气经空气滤清器过滤杂质后，流过空气流量计，经由进气道进入进气歧管，与喷油器喷出的汽油混合后形成适当比例的可燃混合气，由进气门送入气社内点火燃烧，产生动力。由此可见，发动机的功率、扭矩等动力性能及有效燃油消耗率等经济性能与进气系统的优劣有直接关系。
要研究发动机的进气系统，很重要的一个指标是其声学性能如前所述，发动机的噪声源中，进气系统产生的噪声占有很大比重。而要降低发动机进气系统噪声，还需要平衡发动机动力性与声学性能的矛盾。
进气系统与发动机的气虹相连，进气阀门处的气压与大气压形成一个压差，压差越高，空气在进入进气系统时要消耗的能量越多。发动机的功率与进气管的截面积有关，截面积越小，空气流通不顺畅，功率损失越大，但进气口的噪声越低。因此，降低进气口噪声的同时可能引起发动机功率损失的增大，在进气系统设计时就需要平衡这对矛盾。
2.1.2进气噪声的产生机理
空气进入进气道之后，其压力和密度会随着发动机进气门周期性的幵闭进行波动，从而形成空气动力噪声。根据其产生机理的不同，可以将其分为四类：祸流噪声、周期性的压力脉动噪声、气虹内赫姆霍兹共振噪声和进气管内气柱共振噪声。
(1)祸流噪声
气流经过进气道到达气紅时形成很高的速度，由于气通道内的气门和进气管内壁的砂眼、毛刺等障碍物存在，气流的流动受阻形成祸流，从而产生祸流噪声。由于祸流脱落的频率会影响此类噪声的频率，障碍物的形状会影响祸流的排列，所以其频谱的峰值分布在特定宽度的频率范围。但当绕流的障碍物是规则几何形状时，润旋的形成、脱落及排列在流动稳定时呈现一定的周期性，此时峰值可以按公式计算：

                                                              (2-1)其中，sh-常数，通常取0.5，v-进气门气流速度（m/s），d-进气直径（m）

(2)周期性压力脉动噪声
新鲜空气由进气口流入进气管，在发动机工作过程中气门的开闭导致空气的压力及速度发生波动，形成密度的周期性变化，从而产生周期性的压力脉动噪声。它构成了进气噪声的主要部分，与进气道的压力脉动吻合，其主要频率f受发动机转速的影响，

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