乘用车排气系统流场的数值模拟

目 录
摘 要 I
Abstract II
第1章 绪论 1
1.1 课题背景及意义 1
1.2 国内外研究现状 1
1.3 课题主要研究内容 2
第2章 流体力学及流场分析软件的介绍 4
2.1 概述 4
2.2 流体力学及应用现状 4
2.3 Solidworks软件的应用范围 5
2.4 Flow Simulation 软件简介 5
第3章 排气系统理论基础 7
3.1 汽车排气系统的基本要求 7
3.2 排气系统的组成 7
3.3 排气系统各个组成的功用 8
第4章 排气系统内流场的模拟计算 9
4.1 Flow Simulation软件求解过程 9
4.2 建立排气系统模型 12
4.3 求解域 13
4.4 利用Solidworks软件进行模拟计算 14
4.5 数值模拟得到运算结果 19
第5章 结论 25
参考文献 26
致 谢 28
1.3 课题主要研究内容
本文运用Fluent流体分析软件对车辆进气系统特性进行三维数值模拟分析，排气消声系统内部流动特性进行三维数值模拟分析，根据仿真分析的结果得出气流速度、温度和压力分布规律，从而确定进气系统的改进方向。本课题将涉及到热力学、声学、流体力学等多门学科，具有一定的学术价值和工程应用价值。应用Fluent流体力学分析软件建立进气系统内部数值计算模型，模拟结果可以用于指导实验研究，节约实验次数和时间，促进进气系统结构改进。
1．进气系统流动特性分析
应用Fluent流体计算软件模拟某车型进气系统内部流场，得到其压力、温
度、速度、湍动能的分布情况，研究阻力损失、湍流动能产生的原因。
2．进气系统流场的影响因素
探讨影响进气系统流场的因素，分析进气系统结构对流场的影响，对比分析了三种不同进气结构流场的差别以及不同工况下流场的变化。
3．进气系统结构改进研究
在数值计算结果的基础上，对进气系统结构提出改进方案，并将改进后的流场与改进前的流场进行对比分析。

第2章 流体力学及流场分析软件的介绍

2.1 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，Navier-Stokes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。
2.2 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。