进气系统设计计算报告
卡车进气系统设计与计算
卡车进气系统设计与计算卡车进气系统设计与计算摘要本论文主要研究卡车进气系统的设计与计算问题。
在介绍卡车进气系统的基本原理以及现有技术的基础上，构建了基于CFD仿真的进气系统模型，并分析了系统的流场分布、压力分布等。
通过对比不同进气系统的运行参数，选取最佳方案，并对其进行经济性和实用性的分析，以达到优化卡车进气系统的效果。
关键词：卡车进气系统；CFD 仿真；最佳方案；经济性；实用性第一章绪论1.1 研究背景卡车作为一种重要的物流工具，其性能直接影响到物流行业的发展和效率。
进气系统作为卡车发动机的重要组成部分，直接影响到卡车的性能和经济性。
因此，研究卡车进气系统的优化设计和计算问题，对提高卡车性能和经济性具有重要意义。
1.2 研究内容本论文主要研究卡车进气系统的设计与计算问题，包括以下内容：（1）卡车进气系统的基本原理和现有技术的概述；（2）基于CFD仿真的进气系统模型构建，并分析系统的流场分布、压力分布等；（3）对比不同进气系统的运行参数，选取最佳方案；（4）对最佳方案进行经济性和实用性分析；（5）总结并提出未来的研究方向。
第二章卡车进气系统的基本原理和现有技术2.1 进气系统的作用进气系统是指将外部空气引入发动机中，并通过混合、压缩、点火等成为可燃气体，从而产生动力的系统。
进气系统的作用是将干净、充足的空气送入发动机中，以便发动机能够发挥出最佳性能。
2.2 进气系统的结构组成卡车进气系统由进口道、空气滤清器、进气歧管、节气门、进气道、增压器、进气冷却器和进气口等组成。
2.3 现有技术的发展趋势随着科技的不断发展，进气系统的技术也在不断的升级和改进，主要包括增压技术、直喷技术、泰坦机技术等。
第三章基于CFD仿真的进气系统模型构建3.1 建立进气系统的数学模型本论文采用CFD仿真技术，建立了卡车进气系统的数学模型。
通过对流体运动方程、物质守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程的求解，可以得到进气系统的流场分布图和压力分布图。
卡车发动机进气系统设计
进气系设计规范根据发动机对进气量的需求计算空滤器的流量允许范围，并选择合适的空滤器增压机计算公式：Qe= n (转) × V 排 × 130%×60/1000/2(m3/h)CY4102BZLQ：Qe= n (转) × V 排 × 130%×60/1000/2=2800*3.856*1.3*0.006/2=421m3/h（1109010Z11QZ-caS进气流量为600m3/h）非增压机计算公式：Qe= n (转) × V 排 × 80%×60/1000/2(m3/h)JM495:Qe= n (转) × V 排 × 80%×60/1000/2=4800*2.693*0.8*0.006/2=310m3/h (1109010Z412进气流量为430m3/h)（考虑到管路中，进气阻力产生的压力降，故选择空滤器时，将空滤器流量设为发动机进气需求量的1.3倍左右）2、中冷器的选择：根据发动机对进气量的需求计算出中冷器所需的降温能力（或所需面积），根据其降温能力（或所需面积）选择适当的中冷器 。
（附1109020N3QZ-uh0的选择、计算过程）3、空滤器位置的确定及出气口方向的选择：根据总布置要求选择空滤器的位置，并决定是否加用支架，然后根据空滤器与发动机的相对位置选择适当的出气口方向。
4、管路设计要求：根据空滤器与增压器之间的相对位置以及增压器与中冷器、中冷器出气管与发动机进气管的相对位置设计管路，同时，必须考虑到气流的顺畅性及其他分组是否会与进气管路干涉。
管路设计时，一般选择“软管--钢管--软管”的设计方案，尽量选用软管过弯，必要时可用钢管过弯，但钢管不得多于一处弯角。
钢管与软管之间采用过盈配合，钢管的外径应该大于软管的内径1～2mm，以避免软管脱落；同样，在变径处，尽量选择软管，因为采用钢管变径，必须拼焊，这样会降低钢管的强度以及钢管的外观。
进气系统设计计算
进气系统设计计算进气口位置：进气系统的设计须满足以下条件：●避免机舱内热空气吸入●避免雨滴和雾气直接吸入●避免排气灰尘吸入●从空滤器至涡轮增压器入口之间的进气管必须由耐蚀材料制成●进气系统使用的分离式接头(如罩与空滤器外壳的接头)必须位于空滤器上部●进气系统必须能够进行定期维护，且进行维护时不需要打开空滤器和涡轮增压器之间进气系统的任何部件●尽可能低的系统阻力，以保证最大限度的利用柴油机功率●进气系统部件之间的接头和其它接合处，比如与空压机的接头，必须保持有效密封，避免灰尘或其它污染物进入过滤空气中。
进气口尺寸应设计得足够大，且没有锐弯和面积改变，为减小阻力，还应有平滑的转换导管来与进气管相连。
发动机舱应充分通风，来发散出这些热量。
为保护热敏元件，发动机连续运转时机舱内的最高温度不允许超过（推荐）空滤器的选择及布置：一、根据发动机厂家推荐在2200rpm是所需空气流量为1500m3/h，结合以下计算：1发动机性能参数：发动机型号：L340额定功率Ne(kW)：2505额定转速n(r/min)：2200:排量Vh(L)：8.9（C系统8.3）空滤器流量VG（m3/h）的确定⑴增压后发动机所需的空气流量V（m3/h）的确定V=Vh×n/2×60/1000=8.9×2200/2×60/1000=587.4（m3/h）⑵发动机所需理想状态空气量Vo（m3/h）的确定（汽车设计理论）V o=ε×(T oT)0.75×V×ηvo×ψs式中：V o-发动机所需理想状态空气量（m3/h）大气环境温度（k）取313（273+40）；T-增压中冷后气体温度（k）取333（273+60）（要求不高于环境温度的20）；ηvo-充气效率取0.87（推荐）；ψs-扫气效率取1.05 ε-增压比2.18 V o=2.18×（313333）0.75×587.4×0.87×1.05=1116.67（m3/h）⑶空压机流量Vk（m3/h）的确定（推荐为320L/min）bVk=Vkh×nk×601000 式中：Vkh-空压机公称排量（L）；nk-空压机的转速（r/min）; Vk=0.229×1400×601000=19.2（m3/h）⑷空滤器流量VG的确定（空滤器流量上述设计的储备流量）VG=1.066×（V o+Vk）=1.066×（1116.67+19.2）=1212（m3/h）L考虑到以后布置功率加大380马力发动机结合两者得出按照发动机厂家的推荐空滤器流量≥1500 m3/h5二、流通面积的确定在确定了空滤器容积大小的同时，还应校核一下系统中所允许的气流流速。
某型发动机进气歧管改型设计的CFD计算
进行必要的几何体的分割和表面合并。对局部 的表面和线划分网格，以实现对网格质量的控制。
各部分网格划分方案为稳压箱前面直段、进气 歧管、气缸等部分的端面划分边界层网格和四边形 面网格，采用 Cooper 方案划分六面体网格；气门 座处网格尺寸最小，以 0.5 mm 的网格尺寸划分面 网格，并采用 Cooper 方案划分六面体网格；稳压 箱、进气道和燃烧室等部分划分有六面体核心的四 面体网格。
气系统以及稳压箱和进气歧管的流动阻力，用无量
纲流量系数评价进气道-进气门的流通能力。
（1）无量纲流体阻力系数
某一管段上流体阻力系数 ζ 定义为该管段上总
压损失 Δpt 与进出口动压平均值之比为
ζ = Δpt
⎛ ρv2 ⎞
；
⎜ ⎝
2
⎟ ⎠m
（2）无量纲流量系数 CF 为
CF
=
ρ
f
M 2Δp
，
ρm
（4） （5）
第1期
牛 玲，等：某型发动机进气歧管改型设计的 CFD 计算
127
1.1 计算域及网格划分
在亚音速流动情况下，流动系统内的各个元件 相互之间都会产生影响。尽管仅关心进气歧管的流 动阻力等因素，但是为了尽可能真实地模拟流动情 况，除了进气歧管和稳压箱以外，计算域还包括进 气歧管下游的进气道、进气门、燃烧室和气缸以及 稳压箱进口前面的一段直段。这样，在一次计算中 还可以得到进气道流动阻力系数
图 5 改进的进气系统结构 Fig.5 modified structure of inlet system
进气系统设计
及 转 弯 数 量 ，以降 低气 体 损 失 和 进 气 阻 力 。
Ｙ方 向．６３６，参 考 发 动 机 缸 体 后 端 面 中 心 为 原 点 。
（６）பைடு நூலகம்气 滤 清 器应 便 于 保 养 ，便 于 维 修 ，在 空滤 器 外 壳 上
Ｚ方 向 １４２１＿３，参 考 发 动 机 缸 体 后 端 面 中 心为 原 点 。
滤芯的表面积是决定滤芯使用寿命 的重要参数 ，计算纸
空 气 滤清 器 主 要 功 用 ：滤 除 空气 中的 灰 尘和 水气 ，使干 燥 滤 芯 表 面 积 ：
清 洁 的空 气进 入 发 动 机 气 缸 。 另外 ，空 气 滤 清器 也有 消 减 进
Ａ＝２ｂｎＨ
气噪声的作用 。以普通轿车为例，每消耗 １Ｌ 汽 油需要消耗
发动机进气 口中心坐标为（５６．５，一２５２．５，２３６．８），此坐标 以
气滤清器进气 口一般置于汽车前脸 ，卡车的进气 口应尽量高， 发动机缸体后端面中心为原点。
一 般 放 在 驾 驶 室 顶部 ，以降低 空 气 含 尘 浓度 。
空气压缩机 口中心坐标为 （４１２．３，一２６７，２６３．６），此坐标 以
中图分类号 ：ＴＫ４０３
文献标识码 ：Ａ
进气 系 统 的 功用 ：是为 发 动 机 提 供纯 净 、干燥 、合 适温 度 、
１．４纸 质 空气 滤 芯 设 计及 计 算
充足的空气，降低灰尘对发动机的磨损 ，最大程度把发动机性
空 气滤 清 器 滤 芯 孔 径 及 过 滤 面 积 取 决 与 发 动机 排 量 、使
式 中 ：ｂ一 折 宽 ；ｎ一 折 数 ；Ｈ一 滤 芯 高 度 。
５０００—１００００Ｌ空气 。如 此 大 量 空 气 进入 气 缸 ，若不 将 其 中 的杂
轻型工程自卸车进气系统设计布置
轻型工程自卸车进气系统设计布置作者：张红岩，阿珂，刘岩来源：《专用汽车》 2010年第5期摘要：以某款轻型工程自卸车为例，阐述空气滤清器结构形式的选择、空气滤清器进气流量以及中冷器散热面积的计算方法，并介绍了进气系统布置时应注意的事项，为选择合适的空气滤清器及中冷器提供了参考。
关键词：轻型工程自卸汽车进气系统设计布置Abstract Some light construction tipper was took as example. How to choose the correct air filter，calculate the inlet flow of the air filter and the cooling area of intercooler were explained. Items that should be paid attention to in the layout of the intake system is introduced, which give a good reference for choosing a correct air filter.Key words light construction tipper; air intake system; design; layout中图分类号：U469.4.02文献标识码：A文章编号：1004-0226(2010)05-0057-031 前言工程自卸车在专用车企业产量中所占比重较大，其作业环境较为恶劣。
目前工程自卸车广泛采用增压柴油发动机作为动力，发动机是汽车的心脏，而进气系统是发动机的动脉，进气系统的设计和布置直接影响到发动机性能、工作的稳定性、可靠性、环保性和使用寿命等。
目前介绍进气系统维护和设计方面的文献比较多[1-3]，多以某一经验公式计算空气滤清器的进气流量，但在工程实际中有时会出现发动机进气量不足的现象。
进气系统计算校核报告
目录1 概述 (1)1.1 任务来源 (1)1.2 进气系统简介 (1)1.3 计算目的 (1)1.4 进气系统设计的输入条件 (1)2 进气系统的设计计算 (2)2.1 空气流量Q的计算 (2)2.2 空气滤清器滤芯的计算 (2)2.2.1滤芯材料选择 (2)2.2.2理论所需滤芯面积计算 (3)2.3 滤清效率Η (3)2.4 计算结果 (4)3 中冷器设计计算 (4)3.1 设计输入参数 (4)3.2 中冷器结构参数计算 (5)3.3 计算结果 (7)4 总结 (7)1 概述1.1 任务来源根据双方确认的设计依据和要求，其发动机附件各系统按照公司相关部门的设计标准及要求对发动机进气系统进行设计与校核。
1.2 进气系统简介进气系统由空气滤清器进气管总成、空气滤清器总成、空气滤清器出气管总成、进气软管连接管、空气滤清器安装支架等组成。
其功能是在进气温升尽可能小的情况下，向发动机提供充足、干燥、清洁的空气。
结构型式如图1所示：图1 进气系统的结构图1.3 计算目的通过计算确定空气滤清器进气流量及滤芯的基本参数。
1.4 进气系统设计的输入条件进气系统设计的输入条件见表1。
表1 进气系统设计输入条件2. 进气系统的设计计算 2.1 空气流量Q 的计算 211nV Q ηητ=(m 3/min) (2-1)1V -——发动机排量，m 3 ；n-——发动机最高转速 ，r/min ；τ-——冲程系数，四冲程为2，二冲程为1；1η-——吸气系数0.9；2η-——气缸数效率，四缸取1.1。
所用发动机参数V 1＝1.498×10-3 m 3 n ＝6000r/minτ＝21η＝0.9 2η＝1.1代入表达式得：Q ≈4.45m 3/min ，即266.9 m 3/h 2.2 空气滤清器滤芯的计算 2.2.1滤芯材料选择参考同类型车，空气滤清器滤芯材料，按滤芯寿命和过滤面积折衷考虑选用纸质滤芯。
2.2.2理论所需滤芯面积计算A=Q/V （2-2）式中：A——有效过滤面积，m2；Q——流量，m3/min；；V——流速，m/min；又本车空气流量为Q=266.9 m3/h =4.45m3/minV，临界过滤速度：纸10cm/s=6 m/min，无纺布33cm/s=19.8 m/min纸：A= Q/V=4.45/6= 0.74m2故滤芯面积应选用超过0.74 m2规格的。
6F.03燃气轮机进气系统设计分析
6F.03燃气轮机进气系统设计分析薛晶【摘要】本文通过对某项目6F.03燃气轮机进气道的设计,阐述了实验用燃气轮机进气系统的作用、组成、设计依据、计算过程与考评标准等.通过3D建模和流场分析进行模拟评估,在设计过程中发现影响计算结果的主要因素并针对其进行调整,最终达到进气系统的设计要求.【期刊名称】《燃气轮机技术》【年(卷),期】2017(030)003【总页数】6页(P46-51)【关键词】6F.03;燃气轮机;压气机;进气系统【作者】薛晶【作者单位】南京汽轮电机(集团)有限责任公司,南京210037【正文语种】中文【中图分类】TK472燃气轮机性能的好坏与压气机进口空气流的质量有很大的关系。
进气系统的不良设计会导致燃气轮机性能的降低，还有可能在压气机的动叶和静叶处产生高压从而导致动叶或静叶出现故障。
一些不利的进气流甚至可能导致压气机停机。
进气系统必须设计成在燃气轮机工作时能提供最大量的期望的燃气轮机气流。
随着气流进入压气机，进气系统的部件结构变得越来越重要。
典型的进气系统包括下列构件：进口百叶窗及与其连接的垂直风道；进气过滤器；进气消音器；进气测量段；流量喷嘴标定装置；次级金属屏障滤网；进气弯头及软连接；步道及人孔门；固定在厂房主要钢结构上的二次钢结构；测量用电气元件及测量管线。
某6F.03燃气轮机的进气系统设计项目是在原有厂房进行安装，厂房结构无法更改，空气进口位置与燃气轮机进气室位置已经确定，因此需要按照现有条件进行新设计。
近年来有不少文献针对燃气轮机进气系统进行研究，如舰船用燃气轮机进气系统[2-5]，其中大多使用软件进行流体分析与计算[6-10]。
本项目属于实验用途，与常规燃气轮机电厂进气系统不同，厂商针对此项目提出特殊设计规范[1]，根据这些规范内容，首先进行概念设计，确定进气系统的构成要素，去除影响进气性能的非必需项，再经过详细设计，建立进气流道3D模型，确定进气测量装置的选型与方案，在详细设计过程中通过流场分析调整设计细节，经过多次局部调整，最终计算结果可以满足设计规范要求，下面详细论述设计的几个关键点。
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密级：
编号:
进气系统设计计算报告
项目名称：力帆新型三厢轿车设计开发
项目编号： ETF_TJKJ090_LFCAR
编
1
2
2.3 拟选定空气滤清器的允许阻力计算及设计原则 (4)
2.4 滤清效率要求 (7)
2.5 空滤器滤芯面积确定及滤纸选用 (8)
2.6 进气系统结构的确定 (9)
2.7 进气系统管路阻力估算 (10)
3 结论 (12)
4 参考资料及文献 (12)
1进气系统概述
1．1 系统总体设计原则
在国内外同挡次同类型轿车的进气系统结构深入比较分析的基础上进行
.
, 2
,。
n——最大功率点转速min
/r；
η——充量系数；
1
η——汽缸数效率；
2
τ——冲程数，四冲程取2，二冲程取1
上式中Tritec1.6L发动机参数
V =3101598-X 3m
n =6000min /r
1η=0.95
2η=1(四缸取1)
将参数代入得：
min /r ,
0s P ，1）管路从节气门（进气歧管）到气阀处有:
式中： a P ——换气过程下止点时缸内压力，Pa （设a P =KPa 1.0）； s P ——近似为大气压力，Pa X 5101； s w ——为新鲜空气流入进气歧管的初速度，s m /；
s ρ——进气管入口处的空气密度，3/m kg ,式中取3/29.1m kg ；
a ρ——进气阀处空气密度，3/m kg ；式中取3/29.1m kg
a w ——为新鲜空气流经气阀处的流速，s m /；
s h ——进气系统阻力损失, Pa
2）按发动机转速为6000min /r ，分别确定a w ，1s w
∴ a w =s p m F F C /
2
mm 又∴又排气门直径（Head Diameter —Exhaust ）为： 25 mm
∴进气阀平均有效流通截面积s F ：
得 s m w a /110=
3）确定新鲜空气流入进气歧管的初速度s w ：
进气歧管参数及外形如下图：
各支管路近似长：mm
300
管路进口面积：2
1400mm
管路出口面积：2
900mm
拐弯处近似半径：mm
=
R100
总管进口半径近似：mm
R25
=
功率损
器的滤清效率高低直接影晌到发动机的寿命的长短。
滤清效率：滤清效率表示空滤器滤除灰尘杂质的能力，用下式确定：η＝（a-b）/a×100％
式中：a－进入空滤器的灰尘，g；
b－透过空滤器的灰尘，g。
一般来说，轿车的空气滤清器的原始滤清效率都大于98.5％
因此，本车的空气滤清器的原始滤清效率应大于99％
2.4 空滤器滤芯面积的确定及滤纸选用
首先，空滤器滤芯面积的大小直接影晌到空气滤清器滤清寿命的长短。
其次，滤芯滤纸质量的好坏直接影晌到空气滤清器的滤清效率高低，一
中引气管和空气滤清器分别带有谐振腔，外形如下所示：
显然，LF7160轿车发动机排量与参考样车发动机排量和型式相同，且参考样车在进气噪声和进气阻力等各方面性能都比较好，因此LF7160轿车进气系统拟采用相同空气滤清器结构，谐振腔的设计和布置在此基础上进行优化和匹配，如下图所示为力帆7160轿车空滤器外形：
总之，LF7160轿车空滤器结构与结构特征参数基本与参考车型相近，引气管与连接管及谐振腔重新进行了设计和优化。
2．4 进气管路阻力估算
气体在管路的流动可近似的看成流体的一元定常流动，不考虑系统中惯性效应和波动效应等小扰动流动，管路阻力基于额定工况进行计算
12 设气体流经空滤器前段进气管进口流速为1w ，压力损失为1s P ；流经空滤器的后
段进气管出口流速为2w ，压力损失为2s P
其中：弯管按 ⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎭⎫ ⎝⎛+=05
.31902]163.0131.0[θζr d 逐渐缩管按 ]1[2sin 812
122⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=A A αζ
得： 1s P =15.0（Kpa ）
24.02 s P （Kpa ）
总之，按上述方案设计的两管阻力值均很小，能满足发动机要求。
3 结论
合适的管径和均匀变化的流通断面及空气滤清器阻力要求能满足发动机
4 1. 2．。