基于呼吸系統(tǒng)的排氣歧管設(shè)計(jì)及有限元分析.pdf

1、排氣歧管是發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)的主要組成部分,排氣歧管的氣體流動(dòng)性能和熱力學(xué)性能直接影響到發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性。然而,排氣歧管的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)屬于高度商業(yè)機(jī)密,國(guó)內(nèi)對(duì)于排氣歧管的研究往往是通過對(duì)現(xiàn)有歧管進(jìn)行模擬仿真,通過改變局部結(jié)構(gòu)來達(dá)到設(shè)計(jì)優(yōu)化的目的,因此,設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)合理,性能優(yōu)越的排氣歧管具有重要的理論和實(shí)際意義。汽車排氣系統(tǒng)和人類呼吸系統(tǒng)的功能極為相似,本文提出利用仿生學(xué)原理,以人類肺支氣管為仿生對(duì)象對(duì)排氣歧管進(jìn)行仿生設(shè)計(jì)的思想

2、。通過對(duì)人類肺氣管結(jié)構(gòu)的分析,結(jié)合醫(yī)學(xué)解剖學(xué)的經(jīng)驗(yàn)公式以及仿生學(xué)原理設(shè)計(jì)出具有仿生意義的排氣歧管；論文以一款2v發(fā)動(dòng)機(jī)排氣歧管為對(duì)比對(duì)象,在設(shè)計(jì)中保證仿生排氣歧管與2v排氣歧管具有相同的進(jìn)出口尺寸和結(jié)構(gòu)。論文研究了肺氣管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),分析了相關(guān)的尺寸和結(jié)構(gòu)參數(shù)關(guān)系,以此為基礎(chǔ),設(shè)計(jì)了仿生排氣歧管的輪廓曲線,建立了三維實(shí)體模型,對(duì)傳統(tǒng)的2v排氣歧管及仿生排氣歧管進(jìn)行了流場(chǎng)和耦合熱場(chǎng)有限元分析,獲得了流場(chǎng)和熱場(chǎng)的分布,結(jié)果表明,仿生排氣歧管各

3、支管排氣均勻性優(yōu)于2v排氣歧管,各支管出口溫度低于2v排氣歧管,同時(shí),仿生排氣歧管各管能量損失減小,氣流的流通性增加,流量均勻性提高。另一方面,仿生排氣歧管各支管問的渦流干涉小于2v排氣歧管,渦流的減小直接降低了由此帶來的噪聲。對(duì)仿生歧管進(jìn)行了模態(tài)分析,獲得了前十階模態(tài)的振型和固有頻率,發(fā)現(xiàn)所設(shè)計(jì)的仿生歧管的固有頻率均遠(yuǎn)離發(fā)動(dòng)機(jī)的工作頻率,保證仿生排氣歧管在正常工作狀況下不會(huì)產(chǎn)生共振。仿真結(jié)果表明：仿生排氣歧管和2v排氣歧管在具有相同剛