发动机系统热流体分析.ppt

一、热流体分析概述 二、热流体分析方法 三、关键问题及难点 四、气动噪声基础 发动机气动噪声 运动介质对流体发声的影响 风扇/涡轮增压器噪声 涡生理论 发动机气动噪声 排气噪声 进气噪声 风扇噪声 涡轮增压器噪声 特点：声波在运动介质中传播，流场为复杂的非定常旋涡湍流流动。 运动介质对流体发声的影响 古典声学基本方程： 声波在静止流场中传播。 气动声学基本方程： Lighthill方程 声波在运动流场中传播。 风扇/涡轮增压器噪声 风扇/涡轮增压器气动噪声可分为两大类，即旋转噪声和涡流噪声。 旋转噪声主要来源，一是风扇叶片周期性打击周围气体，引起周围气体压力脉动而产生噪声，二是气流流过叶片后，在叶片尾缘处形成尾迹，尾迹周期性作用于周围气体，产生压力脉动而形成噪声。 涡流噪声的产生根源是压力随机脉动，主要有来流紊动、二次涡流、附面层随机脉动以及边界层分离等。 风扇/涡轮增压器气动噪声预测： FW－H方程 涡声理论 Lighthill气动声学基本理论最关键的一步是假定由流体产生的声源是预先知道的（即所谓“拟声源”假设），然后由不同的方法（试验或数值）方法得到流场解和声场解。 由于主管流场和声场的基本方程一致，理论上可直接从方程得到流场解和声场解。将流场和声场人为地分开后，就不能回答诸如声场与流场如何相互作用，声波能量在流体中如何产生、传递等基本问题。所以， Lighthill理论实际上为一种“黑箱”理论。 声波的产生同流体中地旋涡与势流、以及旋涡之间的相互作用有密切关系，声波能量的形成、转换也是通过这些非线性相互作用来完成的。 涡声方程：Powell方程 在低马赫数情况下，忽略高阶小量，简化为 Powell方程进一步揭示了涡与声的关系。可以看出，在流速很低的情况下，仅仅存在涡的地方才会产生声音。涡是流体运动的肌腱，涡是流动的声音。 古典声学方程：声波在静止流场中传播的基本方程。目前发动机气动噪声的预测研究，主要基于古典声学方程。 Lighthill方程：声波在运动流场中传播的基本方程。 FW－H方程：风扇/涡轮增压器气动噪声方程。 Powell方程：揭示了涡与声的关系。 * * 发动机热流体分析 Engine Thermal Fluids Analysis 一、热流体分析概述 二、热流体分析方法 三、关键问题及难点 四、气动噪声分析基础 发动机系统 热流体分析目的 热流体分析内容 进排气系统 气缸/燃料电池堆 涡轮增压/空压机、EGR 热系统 冷却水套、水泵、温控阀、散热器 风扇、发动机舱、车身 空调系统 燃油系统 单体泵系统 共轨供油系统 润滑系统 机油冷却器 机油泵和其它部件 发动机系统 热流体分析目的 提高发动机性能 动力性：功率、转矩 经济性：燃油消耗率 排放、噪声、冷起动 可靠性、耐久性 热流体分析内容 研究发动机系统工质的流动、传热、能量转换过程等在时间－空间域中的变化规律，系统输入变量与输出变量的相互关系，各种因素对发动机性能的影响。 一、热流体分析概述 二、热流体分析方法 三、关键问题及难点 四、气动噪声分析基础 理论基础 物理数学建模 数值计算 理论基础 发动机热流体力学 工程热力学 流体力学 传热学 发动机原理 热力学第二定律：热力过程的方向、条件和限制 热力学第一定律：能量转换的守恒关系 工程热力学 Engineering Thermodynamics 热力学第三定律：熵的基准点选择与绝对熵的计算 动量方程：动量守恒 连续方程：质量守恒 流体力学 Fluid Mechanics 能量方程：能量守恒（热力学第一定律） Newton公式：对流换热 Fourier定律：导热 传热学 Heat Transfer Stefan－Boltzmann定律：热辐射 发动机动力输出与能量利用 发动机缸内流动、燃烧与传热 发动机进排气管流动与传热 废气涡轮增压、EGR 发动机排放和噪声 发动机原理 Engine Fundamentals 物理数学建模 发动机系统特点 单元过程、再循环结构 分布参数、工作过程复杂相互影响 刚性、非线性、多变量