【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于发动机应用管路设计领域，尤其是涉及一种附壁流动弯管圆弧型线设计方法。
技术介绍
1、进、排气管路是进、排气系统的重要组成部分，其设计的优劣决定发动机的充气效率，直接影响着发动机的性能、油耗及排放，因此对于进、排气管路的设计尤为重要。
2、目前针对进、排气管路的设计研究，主要都是结合试验，采用cfd仿真的方式进行逆向优化，但是逆向优化缺乏理论支撑，很难获得最优设计方案，并且随着进、排气管路流通能力需求的提升，优化程度有限，因此，进、排气管路需要正向的理论指导设计方法。本文基于管道流动理论，针对进、排气管路，提出了其中弯管特征的圆弧型线正向设计方法，弯管内外型线圆弧半径可以根据进出口参数直接计算确定。采用该方法设计出的进、排气管路内部流动为附壁流动，不产生流动分离，具有明显的低流阻特性，适用于等径及非等径圆弧弯管，实现了进、排气圆弧弯管的正向设计，支撑了高功率发动机的换气需求。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术旨在提出一种附壁流动弯管圆弧型线设计方法，以满足发动机低流阻管路的设计需求。
2、为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：
3、一种附壁流动弯管圆弧型线设计方法，包括以下步骤：
4、s1、弯管内外型线选取圆弧型线；
5、s2、获取弯管进口与出口的结构参数，分别确定进出口外轮廓与内外型线交点连线的长度din与dout；
6、s3、依据弯管内外型线圆弧半径计算公式，结合进出口结构参数
7、s4、依据弯管内外型线圆弧半径计算公式，结合进出口结构参数，计算弯管外型线满足附壁流动的圆弧半径。
8、进一步的，在步骤s3中，所述弯管内外型线圆弧半径计算公式的计算过程包括：
9、s31、三维弯管流动分离重点关注部位的确定；
10、s32、内型线流动分离；
11、s33、外型线流动分离；
12、s34、结合步骤s32、步骤s33得到弯管内外型线圆弧半径计算公式。
13、进一步的，在步骤s31中，三维弯管流动分离重点关注部位的确定，包括：
14、s311、在三维弯管的轴截面中，设置o1、o2分别为弯管内型线和外型线圆弧的圆心，t1、t2为过o1o2连线分别与上、内型线的交点；
15、s312、确定外型线最大内径；
16、s313、确定内型线最大内径；
17、在步骤s312中，确定外型线最大内径，包括：
18、任取外型线圆弧上一点a2，a2o2垂直于过a2的切线，即垂直于外型线的速度方向，若a2o2与内型线相交于点b2，则a2b2为外型线在a2处的内径；
19、其中，a2b2＝a2o2-b2o2，a2o2为外型线曲率半径，为定值，所以当b2o2最小时，a2b2最大；
20、其中，b2o2＞b2o1-o1o2，只有当b2、o2、o1共线时b2o2＝b2o1-o1o2；
21、其中，b2o1为内型线曲率半径，o1o2为两圆心的距离，两者均为定值，当b2、o2、o1共线时，b2o2最小，a2b2最大，此时a2b2即为t1t2，故外型线最大内径为t1t2。
22、进一步的，在步骤s313中，确定内型线最大内径，包括：
23、任取内型线圆弧上一点b1，a1为b1o1连线与外型线的交点，b1o1垂直于过b1的切线，即垂直于内型线的速度方向，故a1b1为内型线在b1处的内径；
24、其中，a1b1＝a1o1-b1o1，b1o1为内型线曲率半径，b1o1为定值，当a1o1最大时，a1b1最大；
25、其中，a1o1＜a1o2+o1o2，只有当a1、o2、o1共线时a1o1＝a1o2+o1o2；
26、其中，a1o2为外型线曲率半径，o1o2为两圆心的距离，两者均为定值，所以当a1、o2、o1共线时，a1o1最大，a1b1最大，此时a1b1即为t1t2，故内型线最大内径也为t1t2。
27、进一步的，在步骤s32中，内型线流动分离，包括：
28、建立三维等径圆弧型线弯管模型，定义轴截面内型线曲径比kl＝rl/d；
29、采用压力边界条件和k-ε湍流模型，计算了三维等径圆弧型线弯管在不同内型线曲径比下的流量系数和压力损失，计算工况为进气压力100kpa，压差10kpa和50kpa；
30、可得，相同内径的三维等径圆弧型线弯管的流量系数随内型线曲径比的增大先增大然后收敛，拐点均为kl＝1；
31、可得，kl＜1时，三维等径圆弧型线弯管内型线处出现流动分离，产生漩涡，三维等径圆弧型线弯管内有效流通面积小，因此流量系数小；随着内型线曲径比的增大，分离涡逐渐减小，三维等径圆弧型线弯管有效流通面积增大，流量系数增大；
32、当kl＞1后，分离现象消失，有效流通面积达到最大，此后三维等径圆弧型线弯管流量系数随内型线曲径比的增大基本不变，呈收敛趋势；
33、可得，当流量系数不随曲径比的变化增大时，三维等径圆弧型线弯管内流动呈附壁流动，没有分离；
34、故，内型线在kl＞1时，三维等径圆弧型线弯管内呈附壁流动，无流动分离。
35、进一步的，在步骤s33中，外型线流动分离，包括：
36、建立三维非等径弯管模型，设进口直径din＝40mm，由于当内型线曲径比kl≥1后，内型线不产生分离；选取多种不同内型线曲率半径情况，每种情况选取不同的外型线曲率半径ru进行建模，定义弯管轴截面外型线最大径曲比ku＝du/ru；
37、采用压力边界条件和k-ε湍流模型，对三维非等径弯管的流量系数进行计算，计算工况为进气压力100kpa，压差10kpa和50kpa；
38、在相同压差和相同内型线条件下，三维非等径弯管流量系数随ku的增大先增大，然后在ku＞1以后保持不变；
39、当ku＞1后，外型线处发生分离现象，且随着ku的增大，分离区增大，流量系数未减小；
40、可得，当三维非等径弯管流量系数随ku的增大保持不变时，三维非等径弯管内有效流通面积达到最大，此后随着ku的继续增加，三维非等径弯管有效流通面积保持不变，外型线处发生流动分离。
41、进一步的，在步骤s34中，结合步骤s32、步骤s33得到弯管内外型线圆弧半径计算公式，包括：
42、结合步骤步骤s32、步骤s33的内外型线流动分离分析得出内型线kl和外型线ku均等于1；
43、可对内外型线、外型线进行参数化：
44、设置abcd分别为弯管内外型线端点，o1为内型线圆心，o2为外型线圆心；连接o1o2并做延长线分别交内外型线于点t1和点t2；过o1做外型线入口直线段的垂线分别交内外型线于点e和点f；过o1做外型线出口直线段的垂线分别交内外型线于点j和点i本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种附壁流动弯管圆弧型线设计方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种附壁流动弯管圆弧型线设计方法，其特征在于：在步骤S3中，所述弯管内外型线圆弧半径计算公式的计算过程包括：
3.根据权利要求2所述的一种附壁流动弯管圆弧型线设计方法，其特征在于：在步骤S31中，三维弯管流动分离重点关注部位的确定，包括：
4.根据权利要求3所述的一种附壁流动弯管圆弧型线设计方法，其特征在于：在步骤S312中，确定外型线最大内径，包括：
5.根据权利要求3所述的一种附壁流动弯管圆弧型线设计方法，其特征在于：在步骤S313中，确定内型线最大内径，包括：
6.根据权利要求2所述的一种附壁流动弯管圆弧型线设计方法，其特征在于：在步骤S32中，内型线流动分离，包括：
7.根据权利要求6所述的一种附壁流动弯管圆弧型线设计方法，其特征在于：在步骤S33中，外型线流动分离，包括：
8.根据权利要求7所述的一种附壁流动弯管圆弧型线设计方法，其特征在于：在步骤S34中，结合步骤S32、步骤S33得到弯管内外型线
...【技术特征摘要】
1.一种附壁流动弯管圆弧型线设计方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种附壁流动弯管圆弧型线设计方法，其特征在于：在步骤s3中，所述弯管内外型线圆弧半径计算公式的计算过程包括：
3.根据权利要求2所述的一种附壁流动弯管圆弧型线设计方法，其特征在于：在步骤s31中，三维弯管流动分离重点关注部位的确定，包括：
4.根据权利要求3所述的一种附壁流动弯管圆弧型线设计方法，其特征在于：在步骤s312中，确定外型线最大内径，包括：
5.根据权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：芮静敏，李昊，闫晓芳，李德海，
申请(专利权)人：天津市职业大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。