【正文】 最后還是在氣門開啟期間實際可行的開始面積隨時間變化規(guī)律的主要影響因素。以上這些定性討論實在過于簡單化了。這種做法的原理與上述相類似但沒有與流入相應(yīng)的消聲器作為最后膨脹相對應(yīng)的東西。向向進口上游反射一個稀疏波。第六章多缸發(fā)動機的排氣系統(tǒng)多缸發(fā)動機的個氣缸顯然均可想單獨的管子排氣，因此問題實質(zhì)上與單缸發(fā)動機相同，而后者已在前一章中討論過了。那些正在注意到工廠要求的人并沒有意識到一些圈外人若提供了可以做一些看上去簡單的改進方法。intake systems, [M]. Ohio: UpperSaddle River,New Jersey Columbus,2004.[8] Smith, To Win[M]. Aero Publishers 1978.[9] [M] .北京:人民交通出版社,2005.[10] [M].北京:機械工業(yè)出版社,1975.[11] ,[M].北京:中國農(nóng)業(yè)機械出版社,1988.[12] 龐劍,諶剛,:理論與應(yīng)用[M].北京:北京理工大學(xué)出版社,2006.[13] [M].北京: 北京理工大學(xué)出版社,2004.[14] (設(shè)計篇)[M]. 北京:人民交通出版社,2001.譯 文第一章基本知識 基本要求作為一輛車的機械部件之一，從制造者的角度來看，排氣系統(tǒng)需要滿足的基本要求有：能走快速方便的制造；能夠與一個車系的的車適用；都夠快速安裝的車架上與發(fā)動機上；和其它部分干涉小，有足夠的間隙；發(fā)動機室溫度低；如果需要能夠給進氣預(yù)熱；耐久性好；可以接受的噪音水平；發(fā)動機低轉(zhuǎn)速的時候掃氣效果好，高轉(zhuǎn)速發(fā)動機動力損失小。加工難度降低、排氣阻力減小。從速度云圖和壓力云圖中可以看出彎曲段對氣流的影響巨大，如果在設(shè)計中可以減小排氣彎曲，排氣氣流就會順暢很多。表 煙氣性質(zhì)ρ/kg5 用FLUENT有限元分析軟件分析排氣管 流體力學(xué)是以流體為研究對象，研究其平衡、運動時的宏觀物理量變化規(guī)律，以及互相作用。這種工藝的優(yōu)點就是整體精度比沖壓成形好，無需填補星形空間。而中碳鋼雖然是最便宜的但是在重量和導(dǎo)熱方面都不如不銹鋼，所以最后選擇了不銹鋼預(yù)彎管最為排氣管的材料。它的缺點也很，大就是排氣管內(nèi)壁粗糙、重量大、小批量生產(chǎn)不方便。再設(shè)計中就是不斷嘗試集合器的位置，來符合這個要求。根據(jù)牛頓第二定律和伯努力方程可得彎曲管道中流線上質(zhì)點的速度V和曲率半徑R的關(guān)系如下：V=CR ……………………………………………………………（ ）式中： C — 沿徑向的積分常數(shù)。 4出2布置排氣 4出2出1布置，這種布置方案因為會產(chǎn)生兩次真空低壓，從汽缸出來的壓縮波在每個接頭處進行膨脹，并在管子開口端做最后膨脹之前想排氣口返回兩個稀疏波。最重要的就是管的直徑和氣體慣性有很大的聯(lián)系，如果每根歧管的截面積不同，在實際設(shè)計中很難保證良好的諧振效應(yīng)。原理上是這樣的在廢氣噴出排氣系統(tǒng)的時候, 廢氣由于慣性的關(guān)系在排氣歧管開口端擴散后會有一段真空低壓波向發(fā)動機出口反射, 真空低氣壓波一直會反射到排氣氣門處。持續(xù)輸出高額持續(xù)功率的關(guān)鍵在于易于換氣。而更重要的賽車的設(shè)計完全是為了競速，所以在總布置上面就給排氣系統(tǒng)留下足夠的空間，這樣排氣系統(tǒng)就可以使用一些在民用車上做不了的設(shè)計。通常一個車隊需要用8至12個月的時間設(shè)計、制造、測試和準(zhǔn)備賽車。上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） FSAE賽車排氣系統(tǒng)設(shè)計與分析目 錄摘 要 1ABSTRACT 20 引言 41 緒論 4 大學(xué)生方程式汽車大賽簡介 4 FSAE賽車排氣系統(tǒng)與民用車性能取向比較 6 賽事規(guī)則的限制 72 排氣系統(tǒng)基本原理 8 排氣系統(tǒng)在發(fā)動機中的基本作用 8 排氣系統(tǒng)設(shè)計基本理論 8 壓力波在管道中傳播特性和氣柱諧振效應(yīng)概述 9 9 消聲器設(shè)計原理 123 排氣系統(tǒng)設(shè)計方案分析 12 4出2布置 12 4出2出1布置 13 4出1布置 14 布置方案選擇 154 排氣系統(tǒng)設(shè)計 15 排氣歧管設(shè)計 15 基本參數(shù)計算 15 集合器位置選擇 18 排氣歧管管路管路排布方案選擇 20 排氣歧管工藝分析及制造過程分析 26 歧管工藝與材料 26 歧管制造過程分析 30 集合器設(shè)計與工藝分析 34 消聲器設(shè)計 355 用FLUENT有限元分析軟件分析排氣管 38 38 39 排氣氣流云圖分析 416 改進方案 43 設(shè)計方案缺陷分析 43 改進方案 447 總結(jié)和建議 45 總結(jié) 45 建議 46參考文獻 48譯文 49原文說明 58Opinions and suggestions on the party39。正如F1一樣，F(xiàn)SAE并非一項單純的體育運動，而是汽車制造業(yè)中的科技創(chuàng)新大賽，至今還沒有一項運動具有如此多的高科技。比如利用氣體的震動和慣性讓排氣系統(tǒng)在排氣門附近的壓力降低，這樣排氣更加順暢，提高了發(fā)動機的充量系數(shù)。當(dāng)然，在發(fā)動機中還必須有效利用空氣，否則混合氣質(zhì)量不高也是得不到高功率的。如果將時間控制在當(dāng)排氣過程接近完成, 進氣氣門已打開并開始進氣的時間, 也就是排氣氣門與進氣氣門同時打開的時候, 真空低氣壓帶就會因為真空吸力的關(guān)系把燃燒室中的廢氣吸出排氣門, 并將新鮮的混合氣吸入缸體, 這樣對于發(fā)動機進氣效率和排氣效率有明顯提升。所以在實際工程運用中絕大多數(shù)的排氣歧管都是等截面等長度設(shè)計的。在中等轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，這樣適時稀疏波會兼顧中段和尾段發(fā)動機轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)排氣門處的低壓，顯著的有利于充量系數(shù)的提高和獲得良好的扭矩特性，在高速下，第二次減壓來的太晚，所以產(chǎn)生的負(fù)壓不夠強烈。 彎道內(nèi)的氣流運動示意圖由此可見，在彎曲流線主法線方向上，速度隨距曲率中心的距離減少而增加，所以在彎曲管道中，內(nèi)側(cè)速度高，外側(cè)速度低，垂直軸線方向的截面上速度分布梯度較大，能量損失增大，截面的有效利用率低。 確定集合器位置 排氣歧管管路管路排布方案選擇當(dāng)集合器的位置確定下來后就是要建立歧管的模型，然而排氣歧管管路的排布有很多種方法，而且根據(jù)前文描述的的方法，集合器位置不是唯一的，可以找到多個符合要求的位置，這時候就要從工藝和性能綜合分析在這些不同位置和不同的歧管管路排布方法組合下產(chǎn)生的多種方案。 鑄造排氣管賽車排氣管多用金屬管彎曲成形、焊接工藝制造。 歧管制造過程分析。缺點就是貴，焊縫多，熱影響區(qū)域比較多。雖然伯努利等人在經(jīng)典理論上的貢獻讓流體力學(xué)有了比較完備的理論基礎(chǔ)，但是在實際運用中有很多問題是沒有解析解，只有靠計算機用數(shù)值方法計算近似值。m3Cp /J6 改進方案 設(shè)計方案缺陷分析本次排氣系統(tǒng)設(shè)計最主要的工作就是排氣歧管的設(shè)計和制造，由于集合器和消聲器是選型購買而來，所以改進余地不大。另外還可以在集合器中加入導(dǎo)流星形塊替代星形片，讓氣流更加順暢。前面所述沒有考慮到要求的要求的優(yōu)先順序。同時不得不承認(rèn)無論如何在近期為了消聲而產(chǎn)生的氣動力損失是不可避免的。這通常是指賽車發(fā)動機。同時所希望的稀疏波部分的返回到上游。還有一種排氣系統(tǒng)方案用于本田四缸發(fā)動機。第七章氣門和氣道的設(shè)計在第一章中曾提到，設(shè)計進排氣系統(tǒng)的主要目的之一，在于以最小的泵氣功來最大限度地提高進氣終了時留在發(fā)動機氣缸內(nèi)充量得純度和密度。無論是前者還是后者，為了減少阻力，都需要最大限度地利用在每一開度下的有限面積。菌形氣門的最大開啟面積主要受燃燒室設(shè)計（影響到氣門頭部直徑）以及氣門機構(gòu)力學(xué)考慮的影響。顯然，再多分支系統(tǒng)中，波動作用的復(fù)雜性以及壓縮波和稀疏波之間的所有相互關(guān)系都需要做專門分析。目前在摩托車上所通用的做法是在曲軸箱前面，二缸和三缸發(fā)動機的分開式排氣管之間裝一根橫管，以使中速范圍內(nèi)的功率有所提高。在直觀上，人們與子輸入的壓縮波一分為二流入兩個出口支管中，并且氣流在管道接頭處應(yīng)斷面積怎大而發(fā)生膨脹。然而，很明顯由于活塞在達到上止點前速會變得很慢，所以廢氣的動能很小，如果排氣門在活塞達到頂點的時候就關(guān)閉的話會有廢氣殘留在燃燒室中。這并不讓人驚訝所以如果汽車生產(chǎn)者已經(jīng)展示了似乎是過分保守的排氣系統(tǒng)布局，即使早就注意到可以讓發(fā)動機獲得更多的動力。參考文獻[1] [M].北京:清華大學(xué)出版社,2001.[2] [M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,1989.[3] 朱紅鈞，林元華， 12 流體分析及工程仿真[M].北京:清華大學(xué)出版社,2011.[4] (設(shè)計篇)[M].北京:人民交通出版社,2001.[5] 朱紅鈞，林元華，謝龍漢. Fluent 流體分析及工程仿真實用教程[M]. 北京:人民郵電出版社,2010.[6] 黃鍵,林曉輝,[J].福州大學(xué)學(xué)報,2010，38（1）:8185.[7] Philip ,John . Scientific design of exhaustamp。減少彎曲段得數(shù)目，焊縫也就自然少了。 1號排氣歧管壓力云圖 3號排氣歧管壓力云圖從壓力云圖中可以看出在排氣歧管的頭部特別是氣流沖擊的彎管背部有著很高的壓力，壓力隨著歧管長度的增加顯著變小，+05Pa。假定流場內(nèi)的氣體為煙氣，忽略配氣相位角以及管道內(nèi)其它壓力波對流場得影響，氣體流動為可壓縮、非定常流動模型，進出口邊界條件均采用壓力邊界條件，溫度為1000K,，溫度為700K，其余為壁面邊界條件，因為氣體流動速度很快，可以假定壁面是絕熱的，選擇三維單精度求解器進行計算如圖。根據(jù)此公式對消聲器容積進行計算得到消聲器體積為：。 沖壓彎折成型集合器 星形片第二種便是焊接成形。 預(yù)彎管 彎管規(guī)格參數(shù)在材料選擇方面市面上有304不銹鋼、中碳鋼、鈦合金三種材料選擇，其中鈦合金重量最、輕導(dǎo)熱系數(shù)低是最理想的材料，可惜由于價格昂貴焊接工藝特殊所以首先排除。 排氣歧管工藝分析及制造過程分析 歧管工藝與材料傳統(tǒng)的排氣系統(tǒng)工藝為鑄鐵或者球墨鑄鐵鑄造而成（），這種工藝的優(yōu)點就是使用模具成產(chǎn)，大批量生產(chǎn)成本低，效率高。這樣一來這根排氣管的形狀是固定的，只要集合器位置確這根排氣管的長度就是確定的。氣流在彎管內(nèi)流動時，由于離心力的作用，使得彎管內(nèi)側(cè)流速大，壓力小()外側(cè)流速小，壓力大，顯然在彎管內(nèi)側(cè)加速段AO內(nèi)不存在邊界層分離現(xiàn)象，而在擴壓段OB中S點開始產(chǎn)生邊界分離現(xiàn)象，形成渦流區(qū)，造成局部流動損失增大。總體來看這個方案是不值得考慮的。第二種方法特點正好相反，由于需要長短不一粗細(xì)不一樣的歧管，制造工藝復(fù)雜，設(shè)計和計算也不簡單。賽車排氣系統(tǒng)在設(shè)計上力求讓發(fā)動機在功率和扭矩上達到最大值。 排氣系統(tǒng)設(shè)計基本理論凡用空氣燃燒燃料的發(fā)動機，它所能發(fā)出的功率，歸根到底，受限與空氣的進入，空氣與燃料的化合以及廢棄派出的速率。 賽車排氣歧管而在設(shè)計上差別更是巨大，由于可以使用比較費時費力的工藝，在排氣系統(tǒng)的設(shè)計上受到的束縛很小，可以做更多有利發(fā)動機性能的設(shè)計。它將挑戰(zhàn)本科生、研究生團隊構(gòu)思、設(shè)計、制造小型具有高性能的方程式賽車的能力。s mass line educational practiceAccording to the central and provincial, municipal unified deployment, according to municipal Party mittee about carrying out the party39?？梢赃@樣說，汽車的形成與發(fā)展引發(fā)了汽車運動，而汽車運動引發(fā)高科技的不斷突破，從而帶動了整個汽車工業(yè)的發(fā)展。從而獲得更大的功率和扭矩。不過本文目前只考慮換氣過程中的排氣部分，混合氣的形成過程不再討論范圍。 假設(shè)一輛發(fā)動機排量為1000CC的摩托車, 那么在1000r/min舊的時候?qū)嶋H進氣效率有70%就算不錯的了。影響排氣慣性的條件有以下幾種：（1）速度：保持排氣高速，也就能夠提高慣性及真空低氣壓帶。在制造方面，由于需要三個2出1集合器，制造量較大。因排氣氣管彎曲而引起的壓力損失如公式()所述：Δp=ξρv22 ………………………………………………………（ ）式中： ρ — 氣體密度kgm3； v — 氣體流速ms可以看出增大曲率半徑R可以減少因排氣管彎曲造成的壓力損失。淘汰明顯不符合要求的方案，減少有限元分析的工作量。這種工藝的特點便是排氣管重量輕，不利于大量制造，但是小批量生產(chǎn)容易。其中使用了專用畫線工具。 焊接成形集合器經(jīng)過分析對比較雖然焊接成形集合器整體性能比較好，可是考慮到成本因素最后選擇了沖壓彎折成形的集合器。CFD是計算流體力學(xué)的簡稱，它是基于離散化的數(shù)值計算方法，對流體的流場進行分析的一個科學(xué)分支。kg1而在排氣歧管的制造過程中還是發(fā)現(xiàn)了許多設(shè)計問題。 導(dǎo)流星形塊 導(dǎo)流星形塊7 總結(jié)和建議 總結(jié)本次排氣系統(tǒng)設(shè)計是一FSAE大賽為背景，以實際制造出一套符合比賽規(guī)則，適合比賽車輛，性能優(yōu)良的排氣系統(tǒng)為目的。有可能對于一個比賽排氣系統(tǒng)來說最后一條是最重要的，但是剩余的要求是重要的，一個設(shè)計者不能只考慮發(fā)動機性能而忽略了其它的要求。任何減少這些動力損失的方法都會讓一個工程師患得患失。對于賽車，常采用等截面管子以免采用多級膨脹