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河南理工大学万方科技学院本科生毕业论文(设计)基于solidwork 活塞发动机运动仿真设计2015年4月7日院系名称 河南理工万方科技学院防空兵校区姓 名 陈静 学 号 112608060168 专 业 电子信息工程 指导教师 薛雷摘要内燃机是一种动力机械，它是通过使燃料在机器内部燃烧，并将其放出的热能直接转换为动力的热力发动机。
通常所说的内燃机是指活塞式内燃机。
活塞式内燃机以往复活塞式最为普遍。
活塞式内燃机将燃料和空气混合，在其气缸内燃烧，释放出的热能使气缸内产生高温高压的燃气。
燃气膨胀推动活塞作功，再通过曲柄连杆机构或其他机构将机械功输出，驱动从动机械工作。
内燃机的工作循环由进气、压缩、燃烧和膨胀、排气等过程组成。
这些过程中只有膨胀过程是对外作功的过程，其他过程都是为更好地实现作功过程而需要的过程。
四冲程是指在进气、压缩、膨胀和排气四个行程内完成一个工作循环，此间曲轴旋转两圈。
进气行程时，此时进气门开启，排气门关闭；压缩行程时，气缸内气体受到压缩，压力增高，温度上升；膨胀行程是在压缩上止点前喷油或点火，使混合气燃烧，产生高温、高压，推动活塞下行并作功；排气行程时，活塞推挤气缸内废气经排气门排出。
此后再由进气行程开始，进行下一个工作循环.关键词：构建模型零件装配运动仿真目录第一章设计要求 (1)1.1 设计任务 (1)1.2 设计思路 (1)第二章内燃机各零件建模 (1)2.1 内燃机的工作原理 (1)2.2 内燃机运动循环图 (1)2.3 内燃机各个零件的建模 (2)2.3.1活塞的建模 (2)2.3.2 汽缸的建模 (4)2.3.3 曲轴建模 (5)2.3.4 小带轮建模 (7)2.3.5 大带轮建模 (8)2.3.6 凸轮轴建模 (8)2.3.7 凸轮建模 (9)2.3.8 摆臂建模 (10)2.3.9 弹簧座建模 (11)2.3.10 气门头部建模 (11)2.3.11 气缸盖建模 (11)2.3.12 活塞销建模 (15)2.3.13 连杆建模 (15)第三章内燃机各零件的装配 (15)第四章内燃机的运动仿真 (17)第五章内燃机的有限元分析 (18)第六章心得体会 (20)参考文献 (20)第一章设计要求1.1 设计任务完成四冲程内燃机配气机构各个零件建模及动画仿真。
基于fem及kiva的内燃机耦合部件传热建模1 内燃机耦合部件传热建模内燃机耦合部件传热建模是一种以及全面考虑驱动部件传热特性的建模方法。
与传统的实验分析得到的解决方案能够不可替代的优势，旨在采用计算流体力学(CFD)仿真技术，通过为内燃机耦合部件的传热建模增加计算步骤，以确定所考虑的模型所能达到的实验发动机厂的血缘参数和运行参数。
FEM（有限元分析）和KIVA（克里夫火箭逆向流动建模）是一种应用于内燃机耦合部件传热建模的最新技术。
FEM是有限元法的总称。
它是一种数值方法，用于在已知材料性质和外部荷载向量的情况下，研究物体温度、挠度、弹性力学场等场。
它可以从理论上了解热流在大尺實尺度上的分布情况。
KIVA是一种三维的火箭发动机逆向流动建模技术，可以用于耦合部件系统模拟。
它采用毕正维克定律和康明斯流体力学模型分析，考虑多种流体边界条件，从而扩展了KIVA耦合软件力学模型以应用于内燃机耦合部件。
采用FEM和KIVA模型，可以用于内燃机耦合部件传热建模，使传热分析更具可操作性、可伸缩性和精确程度。
它们可以用来实时跟踪热流分布，准确估计温度场，模拟热流的传播，进而提供针对各种不同配置的耦合部件耦合传热的精确分析。
除此之外，KIVA模型可以用于优化内燃机耦合部件传热过程中的涡轮和涡轮级，改善耦合系统效率，延长耦合系统的使用寿命，实现血缘参数和运行参数的高效性，避免内部耦合风险，提高耦合部件的排放效率，从而实现可持续的经济性发展。
总之，FEM和KIVA技术是一个重要的内燃机耦合部件传热建模方法，它可以更有效地模拟传热特性，提高内燃机的使用效率，并有助于实现经济可持续发展。
基于有限体积法的机油泵瞬态特性数值模拟邱高上;姚强;梅亚峰;方劲松;贾育恒【摘要】本文基于有限体积法软件,以某柴油发动机所用机油泵为研究对象,使用UDF函数和动网格,湍流模型选取RNG κ-ε模型,对机油泵的内部流场进行瞬态数值模拟.结果表明:使用有限体积法软件对机油泵进行瞬态数值模拟,能够客观的反映机油泵内部流场的压力,速度,流量等特性,验证了CFD数值模拟方法对摆线泵进行研究的可行性.【期刊名称】《汽车科技》【年(卷),期】2016(000)006【总页数】4页(P84-87)【关键词】机油泵;CFD;有限体积法;动网格【作者】邱高上;姚强;梅亚峰;方劲松;贾育恒【作者单位】东风汽车股份有限公司商品研发院,武汉430057;东风汽车股份有限公司商品研发院,武汉430057;东风汽车股份有限公司商品研发院,武汉430057;东风汽车股份有限公司商品研发院,武汉430057;东风汽车股份有限公司商品研发院,武汉430057【正文语种】中文【中图分类】TK422邱高上毕业于吉大大学，本科学历，现就职于东风汽车股份有限公司商品研发院发动机部电控科，主要研究方向：内燃机仿真。
机油泵是发动机润滑系统的动力装置，通过旋转压缩，提高系统的压力，将油底壳的机油供给润滑油路。
摆线泵结构紧凑，真空度大，泵油量大，成本低，在发动机润滑系统中有着广泛的应用。
为了研究摆线泵的性能，就需要了解内部流场的分布规律，借助CFD通过数值模拟的方法，可以客观的反映流体的流动规律。
本文使用有限体积法软件，对摆线泵的进行数值模拟，获得了其内部流场的分布规律以及出口的流量情况，为优化设计提供了参考。
1.1 网格划分由于油泵进出口流道区域表面结构比较复杂，这些区域采用非结构化的四面体网格进行划分。
对于流动区域，由于瞬态分析涉及到网格的重构与再生，结合在有限体积法中使用的2.5D网格再生方法，因此先生成面网格，再通过拉伸，生成结构化的棱柱和六面体网格。
内燃机燃烧过程数值模拟和优化研究内燃机是现代交通运输的重要动力，汽车、发电机、飞机、船舶等都离不开内燃机。
内燃机的效率和环保性是制约其发展的关键因素之一。
因此，研究内燃机燃烧过程的数值模拟和优化已成为当前研究的热点之一。
本文将从模拟和优化两个方面介绍内燃机燃烧过程的研究进展。
一、内燃机燃烧过程数值模拟1. 模拟方法内燃机燃烧过程的数值模拟一般使用CFD（Computational Fluid Dynamics）方法。
CFD是基于数值方法和计算机技术，利用数学模型和计算方法对运动流体的流场、传热、传质和化学反应等的数值计算与分析的一种方法。
2. 模拟模型内燃机燃烧过程的模拟一般采用三维动态模型，将燃油喷雾、气缸内空气和废气混合等复杂过程通过CFD模拟求解，并考虑模型的热力学、化学反应和燃烧等特性。
3. 模拟结果内燃机燃烧过程的数值模拟可以得到燃烧室内的压力、温度、速度等参数的分布，以及氧、碳氢化合物和氮氧化物等有害物质的生成和排放。
通过模拟可以优化发动机的燃烧室设计、进气系统和喷油系统等参数，提高发动机的效率和减少排放。
二、内燃机燃烧过程优化1. 利用EGR技术EGR（Exhaust Gas Recirculation）技术是指将废气回收并混合到进气中加以利用的技术。
利用EGR技术可以降低发动机的燃烧室温度和压力，减少氮氧化物的生成量，提高发动机的燃烧效率和换热效率。
2. 利用混合燃料技术混合燃料技术是指将两种或多种不同的燃料混合使用的技术。
利用混合燃料技术可以减少燃料的使用量，降低有害物质的排放量，提高发动机的燃烧效率。
3. 利用增压技术增压技术是指通过压缩空气的方式增加燃料的燃烧效率和动力输出。
利用增压技术可以提高发动机的效率和动力输出，减少废气排放。
4. 利用燃油喷射技术燃油喷射技术是指通过更精细的燃油喷射方式，使燃料可以更好地混合到空气中，从而提高燃烧效率和减少有害物质的排放量。
总之，内燃机燃烧过程的数值模拟和优化研究是当前发动机研究的重要方向。
基于enDYNA的柴油机瞬态EGR控制硬件在环仿真平台研究柴油机是目前应用最广泛的内燃机型之一，其高功率、高效率和高扭矩等特点使其在各个领域中得到了广泛的应用。
然而，柴油机在工作过程中产生的氮氧化物（NOx）和颗粒物（PM）等有害物质会对环境造成大量的污染，因此柴油机的排放控制问题成为了当前研究的热点。
在柴油机排放控制中，瞬态EGR控制是一种重要的方法。
该控制方法是通过EGR（废气再循环）系统对部分排出废气进行再利用，以达到减少NOx排放的目的。
然而，EGR系统的复杂度和控制难度使得瞬态EGR控制的实现难度较大。
enDYNA是一款常用的动力学仿真软件，其具有高效、强大的仿真求解能力。
因此，基于enDYNA平台的柴油机瞬态EGR控制硬件在环仿真研究成为了当前研究的热点。
在以上背景下，我们研究了一款基于enDYNA的柴油机瞬态EGR控制硬件在环仿真平台，并进行了相关实验和分析。
首先，我们建立了柴油机瞬态EGR控制硬件在环仿真平台。
该平台采用了enDYNA作为仿真核心，结合了Simulink和MATLAB等工具完成了EGR控制系统的硬件部分的建模，通过与柴油机模型的耦合来完成控制。
接着，通过该平台，我们进行了一系列的实验。
具体实验方案包括了不同的EGR比例控制、不同的发动机负载、不同的车速等。
实验结果表明，我们所设计的控制系统可以有效地降低NOx排放，同时保持了发动机的性能和燃料经济性。
综上所述，在enDYNA平台下，我们成功地设计了一款基于柴油机瞬态EGR控制的硬件在环仿真平台，并通过该平台开展了一系列实验，取得了一定的研究进展。
未来，我们将继续深化该平台的实验设计和实验结果的分析，为柴油机排放控制领域的研究和应用打下更加坚实的基础。
在柴油机燃烧过程中，燃料中的氮气会与氧气反应生成氮氧化物（NOx）。
而EGR系统通过向进气管中引入一定的废气，可以有效地降低燃烧室内的氧浓度，从而抑制NOx的生成。
因此，瞬态EGR控制可以在柴油机高负荷、高速运行时，通过控制EGR系统的工作状态，使得废气的比例在不同工况下得到了最优控制，从而使NOx的排放达到最低值。
第50卷第8期2019年8月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University(Science and Technology)V ol.50No.8Aug.2019齿轮箱浸油润滑流场及温度场仿真分析鲍和云，范永，朱如鹏，陆凤霞，靳广虎(南京航空航天大学直升机传动技术重点实验室，江苏南京，210016)摘要：为了研究浸油润滑齿轮箱的内部流场和温度场，采用RNG k-ε湍流模型、流体体积(VOF)模型和动网格模型，对齿轮箱内部流场进行动态数值模拟；应用多重参考系(MRF)模型对齿轮箱进行稳态温度场仿真，分析齿轮转速、浸油深度及滑油黏度等对齿轮温度场的影响。
研究结果表明：运用动网格法可以较好地对齿轮箱中的油液分布、速度场和压力场进行仿真；MRF模型可以用于对齿轮箱稳态温度场进行分析，且齿轮转速、浸油深度和滑油黏度对齿轮啮合面的温度影响较大。
关键词：齿轮箱；浸油润滑；动网格模型；流场；MRF模型；温度场中图分类号：TH132.413文献标志码：A文章编号：1672-7207（2019）08-1840-08 Simulation analysis of flow field and temperature field ofoil-immersion lubrication gearboxBAO Heyun,FAN Yong,ZHU Rupeng,LU Fengxia,JIN Guanghu(National Key Laboratory of Science and Technology on Helicopter Transmission,Nanjing University of Aeronauticsand Astronautics,Nanjing210016,China)Abstract:In order to study the internal flow field and temperature field of the oil-immersion lubrication gearbox,RNG k-εmodel,VOF(volume of fluid)model and dynamic mesh model were used to simulate the internal flow field of the gearbox.The steady-state temperature field of gearbox was simulated by using MRF(multiple reference frame)model. The factors affecting the temperature field such as gear speed,oil immersion depth and oil viscosity were analyzed.The results show that the oil-gas distribution,velocity field and pressure field in the gearbox can be well simulated by using the dynamic mesh method.The steady-state temperature field of the gearbox can be analyzed by using MRF model.The gear speed,depth of oil immersion,viscosity of lubricating oil have great influence on the temperature of gear meshing surface.Key words:gearbox;oil-immersion lubrication;dynamic mesh model;flow field;MRF model;temperature field闭式齿轮箱齿轮的润滑方式主要有浸油润滑和喷油润滑2种[1]。
内燃机燃烧过程数值模拟内燃机燃烧过程是引擎动力输出的基础，如何减少传统燃烧引擎的排放和提高燃烧效率一直是汽车制造商和科研人员研究的重点。
数值模拟技术在这方面发挥了重要作用，本文将介绍内燃机燃烧过程数值模拟的主要方法和应用。
内燃机燃烧过程数值模拟的主要方法包括燃烧室流体动力学模拟（CFD）、化学反应动力学模拟、碰撞加成模型等。
燃烧室流体动力学模拟是目前应用最广泛的一种方法，它采用计算流体力学原理对气缸内的燃气流动进行数值计算。
该方法可以研究燃烧室内的空气与燃料混合、燃料着火和燃烧过程等，对于优化气缸内的混合和燃烧过程具有重要的意义。
化学反应动力学模拟是根据燃料氧化的化学反应原理，对燃料燃烧的化学反应过程进行数值计算。
该方法可以研究燃料的化学反应特性和气缸内的温度、压力等参数对燃烧过程的影响。
碰撞加成模型则是对气缸中燃料点之间的化学反应进行计算，通过对燃料点之间碰撞加成的影响进行分析，研究燃料在气缸内的燃烧过程。
内燃机燃烧过程数值模拟的应用可以用于汽油机、柴油机、涡轮增压器等内燃机的燃烧优化。
例如，在燃烧过程的初期，通过优化进气气流路径、气缸内气体的流动特性等，可以实现优化空燃比的目的，从而提高燃烧效率和减少排放。
在燃烧后期，通过优化排气管形状和尺寸，可以减小排放噪音和数量。
此外，内燃机燃烧过程数值模拟还可以用于研究新型燃料在内燃机中的燃烧特性。
例如，生物质燃料在内燃机中的应用就是一个研究热点。
生物质燃料在燃烧过程中会产生较多的氮氧化物和细颗粒物排放，通过内燃机燃烧过程数值模拟可以研究优化生物质燃料的应用和燃烧方式。
总的来说，内燃机燃烧过程数值模拟技术的发展，为汽车行业的节能减排和新能源开发提供了理论参考和技术支撑。
未来在内燃机燃烧过程数值模拟的发展中，应将传统动力燃料的转化和新型燃料的开发与内燃机结构设计、排放控制技术相结合，创新性开展数值模拟计算和试验研究相结合的综合技术，以实现内燃机燃烧过程的高效、清洁和可持续发展。
一种可应用于内燃机瞬态仿真的动网格模型 孙华文;杨丽红;明平剑;张文平 【摘 要】提出了一种基于非结构网格的动态层网格实现算法,结合滑移网格算法构建了基于分块滑移动态层的非结构化内燃机动网格模型,并基于TBD620柴油机建立了计算模型,所有算法都基于课题组自主研发的通用输运方程求解软件实现.流场计算采用适用于可压缩流场的有限体积法及SIMPLE算法.通过数值算例对所开发的滑移网格模型和动态层网格模型进行了验证,最后对内燃机缸内瞬态流场进行了仿真.计算结果表明,所发展的非结构化动网格模型可应用于内燃机瞬态流场的仿真.%A new dynamic layer mesh algorithm based on unstructured mesh was introduced and the dynamic mesh model of internal combustion engine(ICE) was built by combining the sliding mesh algorithm based on the sliding dynamic layer .The calculation model of TBD620 diesel engine was further established and all the referred algorithms were realized through the self-developed general transport equation solver .The finite volume method and SIMPLE algorithm for the compressible fluid were utilized in the simulation .Moreover ,the sliding mesh model and dynamic layer mesh model were verified through the numerical examples and finally the in-cylinder transient flow field of ICE was simulated .The results show that the introduced dynamic mesh method can realize the transient flow field simulation of ICE .
【期刊名称】《车用发动机》 【年(卷),期】2016(000)004 【总页数】7页(P7-13) 【关键词】内燃机;滑移网格;动态层算法;数值模拟 【作 者】孙华文;杨丽红;明平剑;张文平 【作者单位】国家超级计算天津中心 ,天津 300457;国家知识产权局专利局专利审查协作天津中心 ,天津 300304;哈尔滨工程大学动力与能源工程学院 ,黑龙江哈尔滨 150001;哈尔滨工程大学动力与能源工程学院 ,黑龙江哈尔滨 150001
【正文语种】中 文 【中图分类】TK432 数值模拟作为一种有效的分析设计方法已广泛应用于内燃机的结构设计及性能分析中，然而现行的内燃机三维仿真分析软件大多来自国外，国内自主研发的相对较少。内燃机缸内瞬态流场仿真的关键技术主要包括运动网格处理、喷雾模型、燃烧及化学反应机理以及缸内流场数值求解方法等，其中处理好网格运动是一切物理模型应用的前提[1]。 对此国内外学者进行了针对性研究。A.Velghe等[2]采用全局的网格重构插值方法对内燃机的瞬态流场进行了仿真；D.Abouri等[3]研究了基于多面体网格的运动网格模型并应用于内燃机瞬态流场的计算；国内蒋炎坤、罗马吉等[4]研究了带气口发动机的瞬态流动计算，并利用SNAPPER技术解决运动边界问题；刘金武等[5]基于网格的拆解组合给出了内燃机缸内复杂空间三维动态网格的生成方法；秦文瑾等[6]基于KIVA3V进行了4 气门直喷式汽油机缸内湍流场多周期循环变动的大涡模拟研究，其中网格的运动主要依赖于KIVA3V中的自带模型。总体来说国外的内燃机动网格研究相对成熟，国内学者大多基于国外成熟算法或开源代码进行研究及改进，基于自主研发软件开发内燃机仿真平台研究内燃机动网格的较少。 本研究基于自主研发的通用输运方程求解软件[7-8]研究运动网格模型的实现算法，提出一种基于非结构网格的动态层网格实现算法，并针对内燃机运动网格的需求结合滑移网格算法提出了分块滑移动态层内燃机运动网格模型的解决方案，开发相应模块，为内燃机瞬态流场的仿真奠定基础。 1.1 有限体积法离散 内燃机缸内流场的各基本控制方程最后都可以写成通用的输运方程形式： φ)φ)·ndA= φ)。 方程由4个不同类型的项组成，依次称为瞬态项、对流项、扩散项和源项。其中源项又可以分为面积源项和体积源项。式中：φ为通用形式的场变量；Γφ为与φ相对应的扩散系数；SφA和SφV为与φ相对应的面积源项和体积源项。方程离散的目的是将方程转化成代数方程组的形式： φcj+bp。 式中：nf为当前研究单元的面个数；j代表第j个面；φc0和φcj分别为当前所研究单元和第j个相邻单元在方程中的变量值；ap和aj分别为方程组中当前研究单元和第j个相邻单元在方程中的系数；bp为方程的源项。 方程的离散采用基于非结构同位网格单元中心的有限体积法，网格的形状可以是任意形状或者多种形状的混合网格。瞬态项采用中心差分的隐式格式求解，对流项采用一阶迎风格式，扩散项采用法向交叉方法。根据各项系数的贡献，可得方程组的系数分别为 式中：上角标T，C，D分别代表瞬态项、对流项和扩散项；fluxj，Aj，n分别为单元面的流量、面积向量和单位外法线向量；为相邻两单元的梯度加权平均值；d为连接两相邻两单元中心的向量。 1.2 数值求解 采用非结构化网格的SIMPLE算法进行流场求解，采用Rhie-Chow[9]插值方法处理压力速度失耦问题，通过动量方程预测流场，再根据压力修正方程结果对压力场、速度场和单元面流量进行修正。适用于任意多面体网格及移动网格，可求解可压及不可压流动。基于SIMPLE算法求解包含移动边界流场的基本流程见图 1。 2.1 滑移网格算法 由于网格区域间的滑移将会产生滑移面上网格间对应关系的不匹配(见图 2)，要想知道网格间的对应关系，就要进行网格单元面之间的相交判断，本研究采用AABB(Axis Aligned Bounding Box)算法[10]进行计算。下面以二维情况为例说明AABB算法的基本原理。 二维时网格的单元面为线段，图3示出两相交单元，其中线段AB及线段CD需要进行相交判断，并假设线段AB为主要边界上单元面。AABB方法主要是采用建立包围盒来包围所需判断单元面，二维时包围盒为四边形，图4中的四边形1及四边形2分别为线段AB及线段CD的包围盒，由于包围盒的四边分别与坐标轴平行，因而只需存储四边形中两个节点坐标便可以确定此包围盒。为方便后续比较，采用存储XY坐标均最小的点及XY坐标均最大的点的坐标来确定包围盒，计算得到扩展包围盒BOX后，通过比较BOX与BOX_CD的最大最小点坐标来判断BOX是否包含BOX_CD，如果包含则表明单元面AB与单元面CD相交。由此便完成了AABB算法的二维单元面相交判断，该方法同样也可以应用于三维情况。 通过对两个不匹配边界的单元面进行循环便可得到不匹配边界上网格的对应关系，形成新的内部单元面，具体流程见图5。 2.2 动态层网格模型 动态层模型是利用增加或删减网格层来适应边界的运动，该方法对网格的划分及边界的运动形式要求较高，边界运动主要为往复式直线运动，网格需要在动边界运动方向上分层，因而常用于结构化网格，也称为层动网格。对于非结构网格存在网格间拓扑不规则的问题，主要通过网格层间的拓扑结构进行网格层的查找、增加及删减。 自主软件读入网格文件后，非结构网格间的基本拓扑关系便为已知信息，包括单元面两侧单元序号、构成单元的单元面序号等，且节点在单元中均有一定的排序，存储方式可参见文献[11]。本研究网格动态层的分层存储便是基于已知的非结构网格间的拓扑结构进行的，重新查找存储形成一个结构体数组来记录每层网格的信息。如图6网格含有一个层动边界，DE,EF,GH,HI代表着单元面的序号，所形成的结构体数组见表1。 获得层动网格信息后，在边界运动过程中，通过网格节点坐标替换及网格标记阻断相结合的方法来满足增减网格层时网格拓扑结构的变化。以图 7中网格2为例，当网格2由于层动边界运动被压扁需要删除时，只需将节点E及节点F的坐标分别赋给节点C和节点D，节点E及节点F的坐标恢复初始位置，之后将网格2标记为无效单元便完成网格2的删除，这样遍历层动边界上的网格便可达到网格层的删除。采用网格层存储算法得到的网格层信息中已将需要相互替换节点的单元面查找出并将节点排序一一对应，因此在网格删除及添加时直接替换即可。这种方法不需要网格及网格面的重新排序，整个过程网格结构不发生改变，且可以处理包含多个层动边界的情况。增加网格层时同上。所采用增加或删减网格层的判据为给定一个(0,1)之间的系数a，当层动边界网格高hh>(1+a)·h0时进行网格层的增加。 2.3 三维内燃机运动网格模型 以TBD620柴油机为例，带有进排气道的缸内流场模型见图8，其中左侧气阀为进行阀，右侧气阀为排气阀，且均处于全开状态，其中心截面见图9。 图10中区域划分依据分块滑移动态层法的需要进行，其中区域1，2，3，4，7，8，11为层动区域，因而这些区域的网格划分需要在层动边界的移动方向上分层。
