1.文献综述

1.1 课题背景

当今社会，汽车已经成为不可缺少的交通工具，而排气系统属于汽车的排气系统，对汽车的性能有很大的影响。排气系统安装于发动机排气岐管和消声器之间，使整个排气系统呈挠性联接，从而起到减振降噪、方便安装和延长排气消声系统寿命的作用。

排气系统决定这发动机的排气效果，对发动机的动力性、经济性、和排放都有非常大的影响。随着科技水平的提高，人们对于排气系统噪声与尾气排放有了更高的要求。但排气系统工作时，排气系统管内的回压会挡住废气冲出,让混合气能够达到完全燃烧。回压过小，则噪声加大；但回压过强,会造成废气无法完全排出汽缸,造成废气与混合气引起燃烧降低燃烧效率。所以人们越来越希望能了解排气系统内的气体流动状况，探求排气系统形状对气体流动状况的影响规律，从理论上提出改进优化的方向。

1.2 国内外发展状况

排气系统中的流动是一种非稳定态的流动，日本的长尾不二夫曾于1959年在一个脉冲发生器上对排气系统中的隐射管进行了隐射效应和产生最大稀疏波能量的最佳条件基进行了实验研究。英国的N.Watson和M.S.Janota在1971年对带脉冲转换器的进排气系统中的非稳流流动进行了研究。他在实验的脉冲转换器上进行了稳流实验，研究了不同流态的压力损失，义压力损失系数来表示。日本的中田哲朗和汤本正友利用激波管法对排气系统中的压力波不稳定现象进行了实验和理论研究，提出了利用稳流中的压力损失系数对任意形状的分歧管都可以适用的理论方法，且理论分析方法的结果与实验结果相一致。英国的R.S.Benson在60年代也对各种排气系统的稳流和非稳流进行了研究，并在1974年又对通过废气在循环（EGR）阀的气体进行了稳态和非稳态的研究[1]。

在国内，没有对进排气系统进行非稳流研究的脉动实验装置。在非稳流研究方面，2000年，上海交通大学的朱义伦等人从实验角度着重研究了扩张角为6度的单根扩压长歧管的非定常流动特性，发现扩压歧管中非定常流动规律与MPC系统以及其他脉冲系统的排气歧管的流动规律存在这巨大的差异，得出了MSCEM（单总管）系统扩压长歧管更适合于高增压的柴油机使用的结论[2、3]。

计算流体力学的兴起推动了研究工作的发展。自从1687年牛顿定律公布以来，直到上世纪50年代初，研究流体运动规律的主要方法有两种：一是试验研究，它以地面试验为研究手段；另一种是理论分析方法，它利用简单流动模型假设，给出所研究问题的解析解。1974年，Hotwitt用热线风速仪对一个氧化型的催化器入口处的流速分布进行了测量，并通过安装不同的机械倒流装置对入口处的气体流场分布进行了比较[4]。但是只局限于某个点或者某个面的速度测量，全面内部流动的测量受到限制。随着计算机技术的发展，人们开始通过计算机数值计算和图像显示，对包含有流体流动和热传导等相关物理现象的系统进行分析，在流动基本方程（质量守恒方程、动量守恒方程，能量守恒方程）控制下对流动进行数值模拟[5]。自1981年以来，出现了多种CFD商用软件，通过数值模拟，可以得到流场中任何点的流动信息[6 7]。

1.3 研究意义

通过运用CFD（Cmputational Fluid Dynamics）技术，深入分析排气系统内部的流场分布，为优化排气系统结构设计，减小流动阻力，改善排气效果，减小噪声提供理论依据和原理。

2．毕业设计（论文）工作过程

2.1 设计要求

1)分析现有汽车排气系统的结构及功能特点，掌握设计要点；

2)应用UG/Solidworks建模软件建立汽车排气系统模型；

3)应用EFD软件对排气系统内流场进行分析；

4)通过对模拟结果的分析，提出改进现有乘用车排气系统性能的方法并加以验证

5)总结工作过程，撰写毕业论文；

2.2 研究的主要问题

1) 熟悉汽车排气系统的结构及功能特点；

2) 掌握三维建模方法；

3) 掌握有限元分析方法和流场分析方法；

4) 了解改善排气性能的方法。

2.3 工作过程

3.设计（论文写作）过程中遇到的问题、解决方法、效果和启示

3.1 理清建模思路

建模时要做好准备，理解设计模型，在建模前应对模型的主要设计参数、设计结构、建立的顺序有一个大体通篇的考虑，先做什么，后做什么，用什么方法做，都要做到心中有数，这对后续工作的完成极为重要。找出模型中的主体结构和关键结构，对于复杂的模型需要进行模型的分解。造型是一般要先完成主体结构，要注意设计基准的选择，好的设计基准会简化造型过程，并有利于后期修改。细节特征造型应放在建模后期，便于修改。

3.2 EFD软件的应用

此前没有接触过EFD软件，也没有进行过CFD的流体分析。所以，应该仔细的了解该软件的应用，熟悉操作，进行一些必要的练习，从而能熟练的掌握使用。最终在设计时能满足设计要求，得到合理的数据。

3.3 方程的应用

排气系统中的流场异常复杂，是可压、粘性、非定常的三维湍流流动，但它仍满足质量、动量、能量的守恒方程。利用其通用变量方程[8]就能解的所需数值，得到所需变量。

参考文献:

[1] 马帅营. 排气歧管流动阻力测试系统研制： [硕士学位论文],洛阳：河南科技大学，2009.

[2] 朱义伦，顾宏中，邬静川。柴油机排气系统扩压排气歧管性能的实验研究[J] 车用发动机.1997，（2）：10-14

[3] Deng kangyao，Gu hongzhong，Wu jingchuan，Zhu yilun.Experimental investigation on twodimensional unsteady cold flow in MPC exhaust manifold[J].Journal of Shanghai Jiao tong University.2000，Vol.E-5(No.2)：74-78

[4] Howitt JS,Seke Ma T C.Folw Effects in Monolithic Honey-comb Automotive Catalytic Converter.SAE Paper740244,1974

[5] 帅石金，王建晰，庄人隽.车用催化转化器内气体的流动均匀性[J].清华大学学报，2000，40（5）

[6] 刘军.汽车排气催化转化装置气流特征分析[J].车用发动机，2001（4）

[7] 余秋兰，杨启超，欧阳俊波.摩托车排气系统内部流场数值模拟.机械设计与制造，2007年05期

[8] 黄键，林晓辉，严世榕. 基于FLUENT的柴油机排气歧管内流场的数值模拟. 福州大学学报(自然科学版)，2010年01期.