进气过程对柴油机的整体性能的提升有着非常重要的影响， 特别是对于高功率密度柴油机，良好的缸内气流运动是提升高功率密度柴油机性能的关键。因此，研究进气系统中气流的运动状况对于改善高功率密度柴油机的性能非常重要。由于高功率密度柴油机的进气过程是一个多参数控制的瞬态流体运动过程， 气流的状态参数不仅是空间的函数， 而且是时间的函数， 涉及流体力学， 空气动力学等许多方面的内容， 到目前为很难通过书面计算直接计算出来。 而利用仿真软件构建的柴油机的进气系统的三维仿真分析， 不仅可以灵活的设定各种复杂边界条
件， 而且计算结果还可以用来为实际测试结果做对比。 通过模拟计算分析， 我们可以直观地了解进气系统中气流的运动情况， 并可以探讨进气系统部件的主要参数对流动状态的影响。 在本文中， 使用 CONVERGE 软件来模拟 110 缸径的某型号单缸的高功率密度柴油机的进气过程， 在不同的进气参数下， 通过 CFD 计算，得到了仿真模拟的结果， 并且与同参数下的实验测试结果进行对比来验证仿真的准确性。 同时， 采用条件变量法研究了不同进气参数条件对该型号高功率密度柴油机缸内气流微观运动， 如不同的进气道形状结构， 不同的进气压， 进气温度等结构和进气系统参数的变化对该型号高功率密度柴油机进气过程的影响。关键词： 高功率密度柴油机， 仿真模拟， 进气流动， 对比试验 随着我国经济的急速发展， 对柴油机动力的需求也越来越高， 普通柴油机发展的方
向是节能减排， 而高功率密度柴油机（即提高柴油机的升功率） 的发展， 是柴油机技术
发展的另一个方向。 德国等发达国家已经积极的开展对高功率密度柴油机的研究， 大大
提高了柴油机的性能水平。 其中， 德国 MTU 公司相继研发出了 MT880 和 MT890 系列
的高功率柴油机， 尤其是 MT890 系列柴油机是当时世界范围内最高科技的高性能柴油
机， 之所以命名为 MT880 型柴油机就是因为该柴油机的单位体积功率可以到达惊人的
880kw/m³， 后续的 MT890 型号柴油机单位体积最大功率甚至到了 1300kw/m³左右[1]，
MT890 型柴油机集成了很多先进的技术， 是当时最为先进的柴油机。
高功率密度同样是民用动力的发展方向， 最近， 很多功率密度的民用产品已经面世，
例如 BMW 的柴油机升功率也可以做到 100kW/L。 而我国的高功率密度柴油机发展相对
滞后， 但随着国内学者的不断研究深入， 也有了一定的发展， 例如上汽集团推出的 2.0T
柴油机升功率也可以达到很高的水平。
与普通柴油机相比， 高功率密度柴油机的特点是高进气压力和高转速。 想要提高柴
油机的功率， 提升缸内的有效压力是最直接也是最有效的途径， 通过文献分析可知， 国
外的高功率密度柴油机的缸内有效压力在五六十年前已经达到很高的水平， 主要是因为
采用了二级增压系统。 当然， 提高柴油机转速也可以提高柴油机的功率， 但是随着转速
的提高， 发动机的机械负荷会随之升高， 从而增大柴油机的机械损失。
但是在高的进气压力水平下， 国内目前对于缸内气流运动的研究还相对较少， 所以
在高进气压力条件下， 对于缸内气流运动的微观分析就具有非常重要的研究意义， 尤其
是在高进气压力状态下， 缸内以及进气道内流场分析对于高功率密度柴油机的性能的提
升具有非常重要的研究价值。 而柴油机进气参数和进气道的设计直接影响柴油机的动力
水平。 为了提升在相同排量下提高柴油机的输出功率， 最有效的方法是增加吸入的空气量， 以提高单次循环的输出功。 而在提高功率密度的同时， 进气过程的损失以及如何降
低进气系统的流动阻力是一个越来越重要的问题。 所以设计和匹配最优的柴油机参数方
案就是研究如何在进气阶段使缸内气流运动更加合理， 以达到增加动力的作用。 因此，
有必要在理论上和实践中研究和改进进气系统的性能和结构。
由于高功率密度柴油机的进气过程是一个多参数控制的瞬态流体运动过程， 气流的
状态参数不仅是空间的函数， 而且是时间的函数， 涉及流体力学， 空气动力学等许多方
面的内容， 到目前为很难通过书面计算直接计算出来。 而利用仿真软件构建的柴油机的
进气系统的三维仿真分析， 不仅可以灵活的设定各种复杂的边界条件， 而且计算结果还
可以用来为实际测试结果做对比。 通过模拟计算分析， 我们可以直观地了解进气系统中
气流的运动情况， 并可以探讨进气系统部件的主要参数对流动状态的影响。 此外， 仿真
分析不仅可以预测进气系统的流动特性， 而且可以在理论上可以提供改善的方向， 所以
对高功率密度柴油机的进气过程进行仿真研究具有非常重要意义。 尤其是近些年来， 随
着流体仿真方法的成熟与多样化， 一些仿真软件已经在发动机仿真领域得到了大范围的
应用。 计算流体动力学 CFD 也由于它成本低， 周期短， 便于分析等特点， 逐渐成为了
理论分析的支持依据以及实际测试的对比手段。更多的优秀毕业论文请访问：http://www.docin.com/mydoc-176781054-1.html
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