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柴油机四气门进气道的计算机辅助设计
陈勇钢;熊翔辉;高国珍
【期刊名称】《邵阳学院学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2004(001)001
【摘要】进气道是缸盖结构中非常重要的部件,因此进气道的设计是柴油机设计中一项关键技术,本文就气道设计的过程及需要注意的技术问题展开讨论.并且对各类造型曲面进行了比较.并据此设计开发了某四气门柴油机进气道的模型.结果比较满意.
【总页数】2页(P59-60)
【作者】陈勇钢;熊翔辉;高国珍
【作者单位】南昌大学,机电工程学院,江西,南昌,330029;南昌大学,机电工程学院,江西,南昌,330029;南昌大学,机电工程学院,江西,南昌,330029
【正文语种】中文
【中图分类】TK422
【相关文献】
1.四气门柴油机进气道流动特性仿真研究 [J], 段敏;葛鑫;于海洋
2.四气门柴油机进气道开发 [J], 王天友;刘大明;沈捷;韩义勇;金成吉;朱杰;谷峪;刘书亮;刘锦池
3.4105柴油机四气门缸盖切向进气道的试验研究 [J], 谭理刚;蒋瑞斌;崔东晓;郭华;龚金科
4.四气门柴油机进气道稳流试验研究及数值模拟 [J], 廖礼平;姜水生
5.四气门柴油机两进气道的相互干扰——对气门口流场的影响 [J], 吴志军;孙济美;黄震
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兰新高铁大风区段挡风墙对接触网正馈线气动特性的影响张友鹏;王彤;赵珊鹏;王思华【摘要】为研究兰新高铁大风区段挡风墙对接触网正馈线气动特性的影响,基于流体力学建立正馈线流场模型,分别针对无墙和有墙的情况,分析正馈线在不同风速下气动特性的变化规律.研究结果表明:挡风墙对气流有较强的汇聚作用,大幅增加了正馈线周围的空气流动速度.随着来风速度的增大,挡风墙后正馈线处风攻角也随之增大,当风速达到15 m/s及以上时,攻角基本稳定在29°～30°之间.有墙条件下正馈线升力及阻力系数幅值加大且呈现无规律振荡,挡风墙对正馈线气动力的增大效应是导致正馈线发生低频高幅舞动的主要原因.挡风墙外形尺寸对于正馈线气动特性有重要影响,选择合适的高度和截面宽度可一定程度改善正馈线气动特性,以减少舞动的发生.【期刊名称】《铁道科学与工程学报》【年(卷),期】2019(016)007【总页数】9页(P1628-1636)【关键词】兰新高铁接触网;大风区;正馈线;挡风墙;气动特性【作者】张友鹏;王彤;赵珊鹏;王思华【作者单位】兰州交通大学自动化与电气工程学院,甘肃兰州 730070;兰州交通大学自动化与电气工程学院,甘肃兰州 730070;兰州交通大学自动化与电气工程学院,甘肃兰州 730070;兰州交通大学甘肃省轨道交通电气自动化工程实验室,甘肃兰州 730070;兰州交通大学自动化与电气工程学院,甘肃兰州 730070【正文语种】中文【中图分类】U225.1兰新高铁全长1 776 km，是世界上里程最长的高速铁路。
横穿新疆境内的烟墩风区、百里风区、三十里风区及达坂城风区等四大风区，是我国乃至世界上铁路风灾最严重的地区之一[1]。
铁路途经部分区段年均大于8级大风的天气超过200 d，对铁路行车安全造成严重影响。
为保证列车安全通行，铁路沿线重点区段来风一侧建设了挡风墙防风工程，以避免列车被大风倾覆。
兰新高速铁路接触网采用AT供电方式[2]，由于正馈线通过绝缘子悬挂在接触支柱的田野侧，且没有补偿装置的悬挂特点，易受到大风影响，而发生舞动。
挡板阀在环保领域中的重要作用随着全球环境问题的日益突出，环保已经成为世界各国的共同关注和重要任务。
在环保领域中，各种先进设备和技术被广泛应用，其中挡板阀作为一种重要的流体控制装置，在环保工程中发挥着至关重要的作用。
本文将重点探讨挡板阀在环保领域中的重要作用，并从水处理、废气处理和固体废物处理三个方面进行分析和阐述。
首先，挡板阀在水处理过程中起到了关键作用。
水处理是环保工程中至关重要的一部分，其目的是将水资源利用起来并确保水质符合一定标准。
挡板阀在水处理系统中起到了流量控制、压力调节和流体切断的作用，能够有效控制水处理过程中的流量，保证处理过程的稳定性和安全性。
例如，在供水系统中，挡板阀能够根据实际需求调节水流量，确保供水系统的平稳运行；而在污水处理系统中，挡板阀能够切断流体，防止废水外泄，保护环境。
此外，挡板阀还能够承受一定的温度和压力，适用于各类水处理工艺。
其次，挡板阀在废气处理过程中也起到了重要作用。
废气处理是环保工程中关键的一环，其中包括废气的收集、净化和排放等过程。
挡板阀在废气处理中主要用于控制废气流量、调节气体浓度和隔绝有害气体的传播。
例如，在工业废气处理中，挡板阀能够根据废气特性调节气体流量，进一步净化废气，确保废气的排放符合环保要求；在生活垃圾焚烧发电厂中，挡板阀能够切断废气流通，防止有害气体泄漏，保护工作人员和周边环境安全。
挡板阀的可靠性和耐腐蚀性使其在废气处理过程中能够长时间稳定地运行。
再次，挡板阀在固体废物处理中扮演着关键角色。
固体废物处理是环保工程中不可忽视的一部分，主要包括固体废物的收集、储存、处理和回收利用等环节。
挡板阀在固体废物处理过程中的作用是实现废物的分离、运输和存储。
例如，在垃圾焚烧厂中，挡板阀能够准确控制垃圾进入和排出的流量，确保焚烧过程的稳定性；在焚烧废料输送中，挡板阀能够调节输送速度，确保废物的均匀性和连续性。
挡板阀的切断性能和耐磨性使其在固体废物处理过程中具备出色的表现，可满足复杂多变的工况要求。
第38卷第2期2020年4月轻工机械Light Industry MachineryVol. 38 No. 2Apr. 2020[研究.设计] DOI:10_3969/j.issn. 1005-2895. 2020.02. 004表面张力驱动下挡板对微通道混合效果的影响唐钧屹，陈晔(南京工业大学机械与动力工程学院，江苏南京211816)摘要:微流控系统由于微通道尺寸变得越来越小，所以原先传统的外力驱动方式遇到了很大的困难。
而表面张力驱动微流体不需要任何外部能量源，对于设备小型化和集成化非常有优势。
课题组通过对微混合通道内设置挡板，改变挡板 的结构参数，通过数值模拟来研究表面张力驱动下挡板结构参数对混合效果的影响。
研究结果表明：设置了挡板后微通道的混合效果显著提高；同时随着挡板结构参数的改变，微通道的混合效果也随之呈现出一定的变化规律。
挡板的设置扰乱了微流体的流动，使得流体间的界面接触变多，混合效果得到提高。
关键词：微混合器；表面张力驱动；挡板;混合效果；数值模拟中图分类号:TH703 文献标志码：A文章编号:丨005-2895(2020>02>0018*06Effect of Baffles on Mixing Performance of Surface-Tension-Driven MicroChannelTANG Junyi，CHEN Ye(School of Mechanical and Power Engineering,Nanjing Technology University,Nanjing 211816,China)Abstract：As the size of microchannels of the microfluidic system becomes smaller and smaller,the traditional external force driving method has encountered great difficulties.The surface-tension-driven microfluid does not require any external power source,which is very advantageous for miniaturization and integration of microfluidic devices.By setting the baffle in the micro-mixing channel and changing the structural parameters of the baffle,the influence of the structural parameters of the baffle driven by the surface tension on the mixing effect was studied by numerical simulation.The results show that the mixing effect of the microchannels with baffle is significantly improved.At the same time,with the change of the baffle structure parameters,the mixing effect of microchannel also presents a certain variation law.The setting of baffle disturbs the flow of the microfluids,making the interface contact of the fluids more and improving the mixing performance.Keywords ：micro-mixer；surface-tension-driven；baffle；mixing performance；numerical simulation如今微流控系统因为其巨大的潜力已经被广泛用 于生物化工等领域。
可变进气系统的控制原理可变进气系统（Variable Intake System，简称VIS）是一种根据发动机负荷和转速变化自动调整进气道长度和形状的系统。
通过改变进气道的长度和形状，可变进气系统可以优化进气流动，提高发动机的燃烧效率和动力输出。
可变进气系统的控制原理主要包括以下几个方面：1. 进气道长度调节：可变进气系统通过改变进气道长度来控制进气气流的速度和压力。
在低转速下，进气道较长，气流速度较慢，使得气流更加充分地混合，在低转矩输出时能够提供更好的低扭矩性能。
而在高转速下，进气道较短，气流速度较快，使得进气量更大，从而提供更大的动力输出。
2. 进气道形状调节：可变进气系统可以通过改变进气道的形状来优化进气气流的流向和速度。
在特定的转速和负荷条件下，进气道的形状可以被改变以减少空气流动的阻力，从而提高气流进入缸内的效率。
这种调节进气道形状的方式可以通过利用可变进气道阀门或可变长度进气道来实现。
3. 涡轮增压系统控制：可变进气系统一般与涡轮增压系统结合使用，通过控制涡轮增压器的气流进口来调节发动机的进气量。
当发动机负荷较大时，涡轮增压器需要提供更多的气流压力，此时可变进气系统可以调节进气管道的阀门或长度，以增加进气道的流量和压力。
而在负载较小的情况下，可变进气系统则会减少进气道的长度和形状，以减少进气阻力，提高燃烧效率。
4. 电子控制单元（ECU）：可变进气系统的控制需要借助于电子控制单元（ECU）来实现。
ECU通过传感器获取发动机的转速、负荷、温度等参数，并根据这些参数来判断可变进气系统的工作状态。
ECU会根据不同的负荷和转速要求来调整可变进气系统的工作模式，从而实现最佳的进气调节效果。
总的来说，可变进气系统的控制原理是通过改变进气道的长度和形状，调节进气的速度、压力和流向，以优化进气流动，提高发动机的燃烧效率和动力输出。
这一控制过程通常需要依赖于涡轮增压系统和电子控制单元的协调工作。
可变进气系统的应用能够提高发动机的效率和动力性能，减少排放，对于提升发动机的性能和环保性能有着重要的作用。
挡板对四模块可调进气道特性的影响李永洲;张蒙正;路媛媛;南向军【摘要】针对RBCC发动机Ma=2.5～7.0宽范围工作要求,设计了顶板部分可调的四模块二元变几何进气道,并研究了挡板对其总体性能和流场结构的影响.数值计算结果表明:进气道整个工作范围内总体性能较优,特别是流量捕获能力.带挡板时进气道流场基本保持了二维特征,不带挡板时两侧具有明显的三维特征,压缩效率降低,流量系数显著下降.带挡板时进气道左/右模块性能基本相等,不带挡板时左/右模块差别明显,与右模块相比,左模块基本保持了二维流动特征,压缩效率明显更高.【期刊名称】《火箭推进》【年(卷),期】2016(042)002【总页数】7页(P47-52,63)【关键词】RBCC;高超声速进气道;宽马赫数;变几何进气道【作者】李永洲;张蒙正;路媛媛;南向军【作者单位】西安航天动力研究所,陕西西安710100;西安航天动力研究所,陕西西安710100;西安航天动力研究所,陕西西安710100;西安航天动力研究所,陕西西安710100【正文语种】中文【中图分类】V434-34火箭基组合循环（Rocket Based Combined Cycle，RBCC）发动机［1-6］是将火箭发动机和吸气式发动机有机地组合在一起，具有高推重比和高比冲的优势。
相对TBCC和ATR等其它组合推进系统，RBCC具有更宽的飞行空域、速域以及多种工作模态，寻求适应这种工作要求的进气道设计方案是其关键技术之一。
对工作在Ma=4.0～7.0的双模态冲压发动机，由于高低马赫数时的性能协调相对容易实现，因而普遍采用结构简单的定几何方案［7］。
但是，随着工作范围的拓宽，定几何进气道难以满足宽范围的性能要求。
鉴于变几何进气道在宽马赫数范围内的性能优势，一些典型高超声速飞行器均使用了变几何结构，如X-43A采用了转动唇口形式［8］，法国的LEA斜向平移整个唇口板［9］。
对于工作范围更宽的RBCC发动机进气道，美国Aerojet公司提出的Sturtjet发动机是通过转动整个顶板来调节喉道的面积来适应宽范围工作［10］。
日本JAXA的RBCC发动机采用顶板上下平移方案［11］。
由于结构强度、地面试验能力和飞行试验代价等限制，当前主要研究单模块进气道。
为了防止其超声速侧向溢流以保持来流的二维特性，一般均带有侧向溢流挡板［9，11-13］。
但是，考虑到与飞行器前体一体化设计，挡板会对热防护和飞行器的侧滑特性等产生不利影响，此时十分关心有/无挡板时进气道的特性，对多模块进气道更是如此，这时还需关注各模块之间的差别。
因此，本文针对矩形流道RBCC发动机，在Ma=2.5～7.0范围内，研究了挡板对四模块部分顶板转动二元变几何进气道的总体性能和流场结构的影响，并对其左/右模块特性进行比较。
本文设计变几何进气道时，将其分为两段工作：高马赫数段Ma=4.0-7.0和低马赫数段Ma= 2.5～4.0。
在这两段工作范围内，尽可能保持型面固定。
基准构型设计中，考虑到高马赫数时进气道处于冲压模态，设计马赫数取6.0。
为了使Ma=4.0～7.0范围内进气道具有较高的流量系数，采用来流马赫数由高到低，外压激波依次封口的设计方法。
图1给出了设计的基准进气道，第一级压缩角取6°，第二级压缩角取5°，第三级取6°来减小内压段长度，唇罩内型面后段是一段6°的上凸圆弧以弥散反射激波，优化喉部流场结构。
此时，进气道基准构型的总收缩比Rct=6.6，内收缩比Rci=2.07，等直隔离段长度为7倍的喉道高度。
在低马赫数段（Ma=2.5～4.0），一方面进气道的压缩量需求减小，另一方面需要减小内收缩比来保证自起动能力。
在基准构型的基础上，顺时针转动第三级以后的顶板可以增大喉道面积从而减小了总收缩比和内收缩比，可以满足上述要求。
本文将顶板沿第三级转折点A转动3.7°（见图2），此时第三级压缩角降为2.3°，Rct降为3.5，Rci降为1.41。
根据出口设计要求，此时需要沿D点将喉道后的型面转为水平。
基于以上二维构型设计四模块进气道的三维构型（见图3），各模块之间的隔板采用前掠构型，隔板的前缘线参考基准构型Ma=4.0时的反射激波线，内压段两块侧板也采用这种前掠构型。
为了防止超声速侧向溢流，需要在外压段两侧加两块挡板，挡板的前缘线取Ma=5.0时的第一道入射激波线，后缘线与侧板前缘线平行。
该挡板与侧板之间有一定的纵向距离，可以进一步排除顶板附面层分离包辅助起动。
为了排除挡板上的附面层，挡板与侧板横向也存在一定间距，一般大于挡板尾缘处最大附面层厚度。
对单个模块而言，Ma=4.0～7.0时的基准构型喉道宽高比为3.30，Ma=2.5～4.0时的构型喉道宽高比为1.86。
此外，考虑到进气道与飞行器前体的一体化设计，也需研究无挡板（nosidewall）时进气道的性能和流场结构，并与有挡板（sidewall）时进行对比。
采用Fluent软件进行数值计算，通量差分采用AUSM格式，湍流模型为Re-Normalization Group（RNG）k-ε模型，流动方程、k方程、ε方程均选择二阶迎风格式离散，近壁采用非平衡壁面函数法。
由于模型和流动的对称性，取一半模型进行计算，加密壁面附近的网格。
采用Sutherland公式计算分子粘性系数，壁面取绝热无滑移和固体边界条件，采用压力远场和压力出口边界条件。
各残差指标至少下降3个数量级并且流量沿程守恒时认为数值模拟结果收敛。
采用ICEM进行网格划分并加密，网格量在220万。
文献［14］对该数值计算方法进行了试验校验，表明其可以较好模拟高超声速进气道复杂流场结构。
按照ΔMa/ΔH=1/2（1/km）给定来流条件，其中来流Ma=6.0时，高度H=24 km。
3.1 有/无挡板时进气道的性能与流场特征图4给出了有/无挡板时进气道出口截面总体性能参数（质量加权平均）随来流马赫数的变化曲线，可以看出，总压恢复系数（σe）和增压比（pe/p0）在Ma=5.0～7.0变化梯度更大，流量系数（φ）增加梯度不断减小。
在转级点Ma=4.0时，除了流量系数，其它参数发生阶跃变化，增压比和出口马赫数（Mae）变化比较明显。
相对带挡板进气道，不带挡板时由于侧向溢流比较严重，增压比下降明显，而且总压恢复系数也不断降低，设计点Ma=6.0时，不带挡板时增压比和总压恢复系数分别下降了11.7%和5.7%；二者流量系数差别较大，Ma=6.0和3.0时分别下降了10.0%和12.5%。
出口马赫数随着来流马赫数增加，差别越来越小。
但是，在整个工作范围内，有/无挡板时进气道性能都较优，尤其是流量系数。
带挡板的进气道Ma=2.5时流量系数高达0.56，设计点Ma=6.0的增压比和总压恢复系数分别为26.5，0.574。
由图5可以看出：带挡板时进气道的外压段波系结构基本保持了二维流动特征，高马赫数时挡板附面层影响其附近的顶板激波；无挡板时进气道绝大部分保持了二维特征，由于两侧溢流的原因，造成激波在两侧出现明显的三维流动特征且沿流向趋势加剧。
图6给出了Ma=6.0时典型位置的纵切面流场，左侧截面（L）紧靠对称面，右侧截面（R）紧靠最右侧侧板，展向距离Δz均为0.25 mm。
从对称面到最右侧，L截面外压段的激波系基本保持了二维流场特点，第一道激波封口，但是R截面的激波有明显不同：带挡板时，由于挡板附面层的作用导致外压段激波被抬起，第一道激波角变大并影响到了第二道和第三道激波结构；不带挡板时，最外侧的溢流导致第一道激波波角变小。
3.2 进气道左/右模块的性能与流场特征图3给出了四模块进气道的气动构型，该模型左右对称，对称面是中间的隔板。
选取一半模型进行研究，靠近对称面一侧为左模块（inletL），远离一侧为右模块（inletR）。
图7可以看出，带挡板时进气道左/右模块出口性能基本相等。
不带挡板时进气道左/右模块性能存在明显差别，尤其是流量系数随着马赫数的增加差距不断增大，Ma=6.0时，相对右模块，左模块的增压比增大13.3%的同时总压恢复系数增大了7.5%，流量系数也增大了14.3%。
相对带挡板时的左/右模块，不带挡板时右模块的溢流造成左模块的流量系数不断降低。
以上说明，挡板对左/右模块的性能影响明显。
图8给出典型马赫数时进气道出口截面的马赫数分布。
带挡板时左/右模块很好地保持了二维特征，出口马赫数分布基本对称，均匀性良好。
不带挡板时，左模块基本保持了二维特性，右模块出口左侧形成了一个明显的角涡。
分析上述现象形成原因，图9给出了Ma=3.0时进气道壁面极限流线，带挡板的进气道流动保持了二维特征，外压段溢流从挡板、挡板和侧板之间流出。
无挡板时，外压段上越往后溢流越严重，低马赫数时更加明显，而且进入右模块内压段的气流开始向左偏折，在隔板处汇聚形成了出口左侧的角涡（图8）。
在Ma=2.5～7.0范围，数值研究了挡板对设计的四模块二元变几何进气道性能和流场结构的影响，得出以下结论：1）采用激波依次封口设计概念的部分顶板可调进气道，在整个工作范围内具有高的流量捕获能力和较优的总体性能。
带挡板的进气道Ma= 2.5时流量系数高达0.56，设计点Ma=6.0时出口增压比和总压恢复系数分别为26.5和0.574。
2）带挡板时进气道外压段的激波系基本保持了二维特征，不带挡板时两侧出现明显的三维特征，此时压缩效率降低，流量系数下降明显。
在设计点，相对带挡板进气道，不带挡板时流量系数和出口总压恢复系数分别下降了10.0%和5.7%。
3）带挡板时进气道左/右模块性能基本相等，不带挡板时进气道左/右模块差别明显。
设计点时，相对右模块，左模块出口增压比增大13.3%的同时总压恢复系数增大了7.5%。
4）带挡板时左/右模块基本保持了二维特征，出口均匀性良好。
不带挡板时，右模块出口左侧存在明显的涡流区。
【相关文献】［1］FOSTER R W，ESCHER W J D，ROBINSON J W. Studies of an extensively axisymmetric rocket based combined cycle （RBCC）engine powered single-stageto-orbit（SSTO）vehicle，AIAA 1989-2294［R］.USA：AIAA，1989.［2］CZYSZ P A，LITTLE M J.Rocket based combined cycle engine（RBCC）-a propulsion system for the 21st century，AIAA1993-5096［R］.USA：AIAA，1993.［3］EHRLICH C F.Early studies of RBCC applications and lessons learned for today，AIAA 2000-3105［R］.USA：AIAA，2000.［4］KODERA M，OGAWA H，TOMIOKA S，et al.Multiobjective design and trajectory optimization of space transport systems with RBCC propulsion via evolutionary algorithms and pseudo spectral methods，AIAA 2014-0629［R］.USA：AIAA，2014.［5］吕翔.RBCC推进系统总体设计方法研究［D］.西安：西北工业大学，2008.［6］张蒙正，张玫，严俊峰，等.RBCC动力系统工作模态问题［J］.火箭推进，2015，41（2）：1-6.［7］金志光，张堃元，刘媛.马赫数4～7的高超侧压式进气道气动设计与性能［J］.航空动力学报，2011，26（6）：1201-1208.［8］VOLANDRT，ROCKKE，HUEBNERLD，etal.Hyper-X engine design and ground test program，AIAA 1998-1532［R］.USA：AIAA，1998.［9］FALEMPIN F，SERRE L.French flight testing program LEA status in 2009，AIAA 2009-7227［R］.USA：AIAA，2009.［10］BULMAN M，SIEBENHAAR A.The strutjet engine：exploding the myths surrounding high speed airbreathing propulsion，AIAA 1995-2475［R］.USA：AIAA，1995.［11］KANDA T，TOMIOKA S，UEDA S，et al.Design of subscale rocket-ramjet combined cycle engine model，IAC-05-C4.5.03［R］.［S.l.］：IAC，2005.［12］刘晓伟.火箭基组合循环（RBCC）动力宽适应用性进气道研究［D］.西安：西北工业大学，2010.［13］HASS N E，SMART M K，PAULL.A flight data analysis of Hyshot2，AIAA 2005-3354［R］.USA：AIAA，2005.［14］王翼.高超声速进气道启动问题研究［D］.长沙：国防科学技术大学，2008.。
