Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/11455/2206
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dc.contributor.advisor盧昭暉zh_TW
dc.contributor.advisorJau Huai Luen_US
dc.contributor.author呂政剛zh_TW
dc.contributor.authorLu, Ching Kungen_US
dc.date2005zh_TW
dc.date.accessioned2014-06-05T11:42:41Z-
dc.date.available2014-06-05T11:42:41Z-
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11455/2206-
dc.description.abstract由於CAE技術的發展,現今許多產品的開發都仰賴著CAE技術,車輛開發方面也不例外,而CAE技術應用在車輛開發上最顯著的例子就是使用CFD分析。CFD應用在車輛開發上的例子很多,舉凡車殼流線設計、車體內冷氣流場分析、冷卻水流道分析…等等。而其中最核心的應用,就是使用CFD分析引擎以增加引擎效率。 本文是利用商業計算流體力學軟體FLUENT來計算單缸柴油引擎的進氣流場。進氣流場是模擬引擎在Flow Bench的測試,先以靜態分析來表示引擎在Flow Bench上的測試結果,接著改變進氣道形狀來討論不同進氣道對進氣效率的影響;最後進行原模型的動態分析,討論Flow Bench上的測試結果與動態分析的差異。 在靜態分析方面,由之前的研究我們發現CFD上的靜態分析與Flow Bench上的測試誤差約在10~20%左右,而且最大誤差是發生在閥開度極小的情況,因此我們可將靜態分析結果視為Flow Bench上的測試結果。而在此分析下我們求得了此引擎的進氣流場及效率,發現此引擎的流量係數在0.7上下。 在更換進氣道部分,是以一個特徵尺寸等同於原進氣道的漩渦型進氣道來替換。更換後發現進氣道形狀會確實影響到汽缸內的渦流狀況,本文所更換的漩渦型進氣道會使汽缸內的側向渦流增大,且流量係數也會因為進氣道入口大小而產生約1:1的影響。 動態部分是模擬引擎真實運作的情況但不考慮燃燒,亦即計算引擎冷流場。在計算中我們發現:當引擎循環到達第二輪時,內部就以達到平衡(即第三次循環與第二次約相同)。由於真實引擎瞬時流場資料不易取得,故動態模擬的準確性是以理論的活塞速度、閥座附近瞬時速度以及利用熱力學所求得的引擎瞬時平均溫度和瞬時平均壓力來評估。在結果中我們發現,活塞附近速度:動態分析(14m/s)>理論速度(7m/s)>靜態分析(3m/s);而閥座附近速度:動態分析(140m/s)>靜態分析(110m/s)>理論速度(100m/s);流量係數部分:動態分析(0.85)>靜態分析(0.7)。由結果我們可以發現,當引擎進行完整運作時,其壓差較Flow Bench上的設定(2.5kPa)要大;且不論動靜態分析都比理論值要大,表示此引擎的進氣道設計有增加進氣效率的功用。zh_TW
dc.description.tableofcontents第一章 序論…………………………………………………………………………..1 1.1 前言……………………………………………………………………………….1 1.2 靜態進氣流場計算……………………………………………………………….2 1.2.1 文獻回顧…………………………………………………………………...2 1.2.2 研究目的及方法….......................................................................................3 1.3 引擎動態計算…………………………………………………………………….3 1.3.1文獻回顧……………………………………………………………………4 1.3.2研究目的及方法……………………………………………………………4 第二章 理論模式……………………………………………………………………..5 2.1 Fluent簡介………………………………………………………………………...5 2.2分析模型簡介. …………………………………...……………………………….6 2.3靜態分析理論模式. ………………………………...…………………………….6 2.3.1理論假設. ………………………………………………………………….6 2.3.2統馭方程式. ……………………………………………………………….7 2.3.3邊界條件設定.. ……………………………………………………………8 2.4動態分析理論模式. …………………………………………...………………….9 2.4.1理論假設. ………………………………………………………………….9 2.4.2統馭方程式. ……………………………………………………………….9 2.4.3邊界條件與動態設定. ……………………………………………………11 第三章 靜態分析……………………………………………………………………19 3.1流量測試台.. ……………………………………………………………….……19 3.2計算網格建立.. ……………………………………………………………….…19 3.3分析模型簡介.. ………………………………………………………………….20 3.3.1模型建立與轉檔. ………………………………………………………...20 3.3.2網格種類. ………………………………………………………………...21 3.3.3分區是網格. ……………………………………………………………...22 3.4計算結果. ………………………………………………………………………..24 3.4.1 原始進氣道流場分佈. …………………………………………………..24 3.4.2壓力分佈………………………………………………………………….27 3.4.3紊流分佈. ……………………………………………………...…………27 3.4.4流場分佈比較.. ………………………………………………………..…28 3.5結果分析.. ……………………………………………………………………….29 3.5.1流量與流量係數………………………………………………………….30 3.5.2不同網格組成的計算結果比較. ………………………………………...32 3.6 靜態分析小結. ………………………………………………………………….32 第四章 動態網格. …………………………………………………………………..50 4.1動態網格簡介.. ………………………………………………………………….50 4.2動態網格理論及Fluent提供的動態網格種類. ………………………………...50 4.2.1彈簧式網格(Spring-Based Smoothing). ………………………………51 4.2.2動態邊界網格(Dynamic Layering)……………………………………..52 4.2.3 局部重建網格(Local Remeshing)……………………………………..52 4.3 動態網格建立…………………………………………………….……………..52 4.3.1 初始網格.. …………………………………………………….…………53 4.3.2 動態網格參數.. ………………………………………………………….54 4.4 動態網格建立的問題與解決方法. …………………………………………….54 第五章 動態分析……………………………………………………………………61 5.1 動態分析結果…………………………………………………………………...61 5.1.1 流場分佈……………………...………………………………………….61 5.1.2 壓力分佈…………………………………………………………………63 5.1.3 紊流分佈…...…………………………………………………………….64 5.2 動態計算結果與熱力學模式之比較…………………………………………...66 5.3 計算設定參數的影響…………………………………………………………...68 5.3.1 動態收斂…………………………………………………………………68 5.3.2 不同疊代次數比較………………………………………………………69 5.4 改變壓差的靜態分析比較……………………………………………………...69 5.4.1 流場分佈………………………………………………………………....69 5.4.2 流量與流量係數…………………………………………………………70 第六章 結論與未來展望……………………………………………………………87 6.1 結論……………………………………………………………………………...87 6.1.1 靜態分析…………………………………………………………………87 6.1.2 動態分析…………………………………………………………………87 6.2 未來研究方向…………………………………………………………………...88 參考文獻……………………………………………………………………………..89 圖表目錄 表2.1:待分析柴油引擎規格………………………………………………………..13 圖2.1:待分析柴油引擎外觀……………………………………………………….14 圖2.2:引擎進氣道…………………………………………………………………14 圖2.3:引擎排氣道…………………………………………………………………15 圖2.4:引擎進氣閥………………………………………………………………….15 圖2.5:引擎排氣閥………………………………………………………………….16 圖2.6:引擎閥座…………………………………………………………………….16 圖2.7:引擎預燃室………………………………………………………………….17 圖2.8:引擎汽缸…………………………………………………………………….17 圖2.9:曲軸角度0゚時引擎外觀…………………………………………………….18 圖2.10:曲軸角度126゚時引擎外觀………………………………………………...18 表3.1:不同進氣道在閥開度6㎜時的流量………………………………………...34 表3.2:不同進氣道在相同閥開度、斷面時的 …………………………………...34 圖3.1:引擎CAD圖………………………………………………………………….35 圖3.2:引擎IGES檔………………………………………………………………….35 圖3.3:(a)六面體網格(b)四面體網格…………………………………………36 圖3.4:(a)conformal網格(b)non-conformal網格……………………………..36 圖3.5:靜態分析網格圖…………………………………………………………….37 圖3.6:分區式網格圖……………………………………………………………….37 圖3.7:(a)原始進氣道(b)新進氣道……………………………………………38 圖3.8:引擎速度向量圖…………………………………………………………….38 圖3.9:閥開度6㎜側向速度向量圖……………………………………………….39 圖3.10:閥開度6㎜斷向速度向量圖………………………………………………39 圖3.11:閥開度6㎜正向速度向量圖……………………………………………….40 圖3.12:閥座附近側面圖……………………………………………………………40 圖3.13:閥座附近正面圖……………………………………………………………41 圖3.14:閥座附近側面速度圖………………………………………………………41 圖3.15:閥座附近正面速度圖………………………………………………………42 圖3.16:閥開度3㎜側向速度向量圖………………………………………………42 圖3.17:閥開度3㎜斷向速度向量圖………………………………………………43 圖3.18:閥開度3㎜正向速度向量圖……………………………………………...43 圖3.19:閥開度6㎜壓力等位圖……………………………………………………44 圖3.20:閥開度3㎜壓力等位圖……………………………………………………44 圖3.21:閥開度6㎜紊流動能圖……………………………………………………45 圖3.22:閥開度3㎜紊流動能圖……………………………………………………45 圖3.23:新進氣道正向速度向量圖…………………………………………………46 圖3.24:新進氣道側向速度向量圖…………………………………………………46 圖3.25:新進氣道斷面速度向量圖…………………………………………………47 圖3.26:新進氣道壓力等位圖………………………………………………………47 圖3.27:原進氣道流量係數對閥開度圖……………………………………………48 圖3.28:不同網格組成計算結果圖…………………………………………………49 圖4.1:彈簧式網格(a)原網格、(b)壓縮後……………………………………57 圖4.2:動態邊界網格(紅線部份)…………………………………………………..57 圖4.3:局部重建網格(a)原網格(b)重建後………………………………….58 圖4.4:動態分析的初始模型……………………………………………………….58 圖4.5:排氣閥對曲軸角度關係……………………………………………………..59 圖4.6:進氣閥對曲軸角度關係……………………………………………………..59 圖4.7:動態分析初始網格…………………………………………………………..60 表一:閥座平均速度與壓差關係…………………………………………………....72 表二:靜態分析的壓差改變量………………………………………………………72 圖5.1:閥開度6.3㎜時的側面速度分佈圖………………………………………….73 圖5.2:閥開度6.3㎜時的正面速度分佈圖…………………………………………..73 圖5.3:閥開度6.3㎜時的斷面速度分佈圖………………………………………….74 圖5.4:動態流場速度………………………………………………………………..74 圖5.5:動態流場速度………………………………………………………………..75 圖5.6:排氣閥剛開全圖……………………………………………………………...75 圖5.7:排氣閥剛開時閥門附近速度……………………………...…………………76 圖5.8:進氣閥將關全圖……………………………………………………………..76 圖5.9:進氣閥將關時閥門附近速度……………………………...…………………77 圖5.10:閥開度6.3㎜時的側面壓力等位圖………………………………….……..77 圖5.11:整個循環中log-PV圖……………………………………………………….78 圖5.12:閥開度6.3㎜時的側面紊流動能等位圖……………………………………78 圖5.13:動態流場紊流動能…………………..……………………………………..79 圖5.14:不同模式紊流動能的比較…………………………………………………79 圖5.15:爆炸行程中的溫度驗證…………………………………………………....80 圖5.16:爆炸行程中的壓力驗證……………………………………………………80 圖5.17:質量洩漏圖…………………………………………………………………81 圖5.18:進氣行程中活塞速度………………………………………………………81 圖5.19:動態收斂流量圖…………………………………………………………….82 圖5.20:動態收斂流速圖……………………………………………………………82 圖5.21:流量與疊代次數關係圖……………………………………………………83 圖5.22:改變壓差後閥開度6.3㎜時的側面速度分佈圖……………………………83 圖5.23:改變壓差後閥開度6.3㎜時的正面速度分佈圖……………………………84 圖5.24:改變壓差後閥開度6.3㎜時的斷面速度分佈圖……………………………84 圖5.25:改變壓差後閥開度6.3㎜時的壓力等位圖…………………………………85 圖5.26:改變壓差後閥開度6.3㎜時的紊流動能等位圖……………………………85 圖5.27:四種分析結果的流量圖……………………………………………………86 圖5.28:四種分析結果的流量係數圖………………………………………………86zh_TW
dc.language.isoen_USzh_TW
dc.publisher機械工程學系zh_TW
dc.subjectCFD 柴油引擎 動態模擬 分區式網格zh_TW
dc.title柴油引擎進氣埠流場計算與進氣過程汽缸內流場動態模擬分析zh_TW
dc.titleThe Inlet Port Flow Calculation and the Dynamic Simulation of the Cylinder Flow during Inlet Strokeen_US
dc.typeThesis and Dissertationzh_TW
item.openairecristypehttp://purl.org/coar/resource_type/c_18cf-
item.openairetypeThesis and Dissertation-
item.cerifentitytypePublications-
item.fulltextno fulltext-
item.languageiso639-1en_US-
item.grantfulltextnone-
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