Дипломы, курсовые, рефераты, контрольные...
Срочная помощь в учёбе

Разработка технологии расчета системы отопления и вентиляции легкового автомобиля

Диссертация: Разработка технологии расчета системы отопления и вентиляции легкового автомобиля
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Зарубежные производители в течение последних лет активно используют новые технологии проектирования указанных систем с использованием САПР, которая включает в себя сертифицированные CAD, САМ, CAE программные пакеты. CAD и CAE пакеты позволяют в короткие сроки и с высокой степенью точности спроектировать (построить геометрию), провести расчёт и анализ задач, разрабатываемого изделия, а с помощью… Читать ещё >

Содержание

  • ВВЕДЕНИЕ. щ- 1. Аналитический обзор. Постановка задач исследований
    • 1. 1. Конструкции систем отопления и вентиляции автомобилей
      • 1. 1. 1. Требования к системам отопления и вентиляции автомобилей
    • 1. 2. Методики расчета систем отопления и вентиляции автомобилей
      • 1. 2. 1. Упрощенный аналитический метод расчета вентиляции салона
      • 1. 2. 2. Графический метод расчета воздухообмена в салоне
      • 1. 2. 3. Метод расчёта системы отопления и вентиляции салона автомобиля основанный на экспериментальных данных
  • Ф 1.3 Обзор существующих CAD/CAE программных пакетов
  • Выводы по главе
  • 2. Моделирование аэродинамических и тепловых режимов систем отопления и вентиляции автомобиля Иж
    • 2. 1. Методы построения геометрии модели и расчетной области объекта
    • 2. 2. Анализ физических процессов, происходящих в системе отопления и вентиляции легкового автомобиля
    • 2. 3. Математическая постановка задачи. Начальные и граничные условия. Описание расчетной области объекта
  • Выводы по главе
  • 3. Численное исследование течения воздуха в системе вентиляции и отопления автомобиля
    • 3. 1. Анализ результатов расчёта штатного отопителя
    • 3. 2. Анализ результатов расчёта модернизированной конструкции отопителя
  • Выводы по главе
  • 4. Экспериментальные методики исследования системы вентиляции и отопления
    • 4. 1. Методика экспериментального определения воздухообмена в салоне автомобиля
    • 4. 2. Аэродинамика подкапотного пространства
    • 4. 3. Испытания системы отопления и вентиляции легкового автомобиля ИЖ
      • 4. 3. 1. Условия проведения испытаний
      • 4. 3. 2. Методика испытаний
      • 4. 3. 3. Обработка и оформление результатов экспериментальных исследований
    • 4. 4. Испытания радиаторов легкового автомобиля. ф 4.5 Экспериментальное исследование системы отопления легкового автомобиля ИЖ

Разработка технологии расчета системы отопления и вентиляции легкового автомобиля (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Актуальность темы

Всевозрастающая конкуренция в автомобилестроении требует повышения уровня комфортности и безопасности водителя и пассажиров в салоне автомобиля, что связано, в частности, с эффективностью функционирования системы отопления и вентиляции.

Используемые в настоящее время методики расчета и проектирования систем отопления и вентиляции базируются на интегральных методах, позволяющих определять лишь осредненные параметры потока. Главенствующая роль при проектировании таких систем отводится экспериментальным исследованиям, дорожным и климатическим испытаниям. Разработкой, проектированием и оценкой эффективности систем отопления и вентиляции в рамках классического подхода занимались: Фасхиев Х. А., Басыров P.P., Андронов В. Н., Палутин Ю. И., Михайловский Е. В., Штробель В.К.

В условиях значительного сокращения финансирования научных исследований и фондов развития производства, экспериментальные исследования систем отопления и вентиляции практически неосуществимы, а существующие интегральные подходы при расчете таких систем не позволяют создавать конкурентоспособные эффективно функционирующие конструкции.

Зарубежные производители в течение последних лет активно используют новые технологии проектирования указанных систем с использованием САПР, которая включает в себя сертифицированные CAD, САМ, CAE программные пакеты. CAD и CAE пакеты позволяют в короткие сроки и с высокой степенью точности спроектировать (построить геометрию), провести расчёт и анализ задач, разрабатываемого изделия, а с помощью САМ пакетов получить готовый прототип изделия.

В данной работе используются CAE программные продукты позволяющие проводить расчёт и анализ проектируемого изделия, задачи гидрои газодинамики можно решить при помощи следующих программных продуктов: STAR-CD, ANSYS, AVL и др.

Следует отметить, что в рамках жесткой конкурентной борьбы, зарубежные производители практически не публикуют методики и конкретные результаты технологии проектирования этих систем.

В работе рассматривается одна из возможных и перспективных технологий проектирования и расчета систем отопления и вентиляции с использованием сертифицированных программных пакетов STAR-CD, ANSYS, на примере легкового автомобиля Иж -2126.

Физические процессы, происходящие в системе отопления и вентиляции, с точки зрения внутренней аэродинамики представляют процессы нестационарного трехмерного турбулентного течения и теплообмена. Вследствие сложности рассматриваемой задачи ее разбивают на ряд более простых. Одна из них — расчет внутренней аэродинамики системы отопления. Решив эту задачу, получают граничные условия для расчета вентиляции салона автомобиля.

Данная работа и посвящена разработке технологии проектирования и расчета внутренней аэродинамики системы отопления автомобиля Иж -2126.

Объект исследования: система отопления и вентиляции легкового автомобиля ИЖ-2126.

Предмет исследования: внутренняя аэродинамика системы отопления и вентиляции.

Цель работы.

Разработка технологии проектирования и расчета системы отопления и вентиляции легкового автомобиля.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Разработать технологию создания реальной конфигурации расчетной области, используя имеющие сертифицированные пакеты программ.

2. Провести анализ физических процессов и обосновать выбор математической модели.

3. Провести численное моделирование турбулентных течений для реальных конфигураций расчетной области. Применить модель для практических приложений.

4. Выполнить анализ процессов и механизмов, определяющих структуру турбулентного потока.

5. Исследовать влияние режимов работы и геометрии области на локальные и интегральные характеристики потока.

6. Дать рекомендации по проектированию системы отопления и вентиляции.

Научная новизна. Разработанная технология расчета позволила получить ряд новых результатов, к которым можно отнести следующие:

1. Детально исследована структура трехмерного турбулентного потока в штатном и вновь спроектированном многоканальном корпусе системы отопления легкового автомобиля в зависимости от режима работы нагнетателя:

•рассчитано пространственное поле скоростей и выявлена его неравномерность при обтекании радиатора;

•определены пространственные профили скорости на выходе из дефлекторов системы отопления, определены коэффициенты неравномерности распределения скорости;

• получены оценки потерь давления по длине воздуховодов;

• определены потери давления на радиаторе в тракте системы отопления;

•рассчитано пространственное распределение кинетической энергии, и скорости диссипации кинетической энергии турбулентности в дефлекторах обдува ветрового стекла.

2. Получены локальные и интегральные характеристики стационарных внутренних течений в трактах системы отопления легкового автомобиля в зависимости от геометрии и граничных условий:

• выявлено расположение и локальные размеры отрывных зон;

• определены интегральные значения распределения скоростей, кинетической энергии и скорости диссипации кинетической энергии турбулентности на выходе из дефлекторов системы отопления.

Практическая полезность. Разработанная технология расчета и проектирования позволяет реализовывать для обоснования рациональной по аэродинамическому сопротивлению конструкции системы отопления легкового автомобиля и подтверждения экспериментально полученных скоростных режимов потоков воздуха на выходе из системы вентиляции автомобиля Иж-2126 техническими требованиями ГОСТ Р 50 993−96.

Реализация результатов. Разработанная технология расчета и проектирования используется на ОАО «ИжАвто» при выполнении опытно-конструкторских работ по созданию новых систем отопления и вентиляции легкового автомобиля.

Достоверность результатов работы.

Достоверность представленных результатов подтверждается использованием лицензионных сертифицированных программных продуктов (ANSYS и Star-CD на которые была предоставлена годовая лицензия московским представительством фирмы CAD FEM GmbH), сравнением результатов численных расчетов с данными экспериментальных исследований.

Положения, выносимые на защиту:

1. Технология проектирования и расчета системы отопления и вентиляции легкового автомобиля с использованием сертифицированных программных продуктов.

2. Результаты детального исследования внутренней аэродинамики системы отопления легкового автомобиля ИЖ-2126.

3. Рекомендации по улучшению существующей и вновь спроектированной системы отопления.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались: на «XX международном семинаре по струйным, отрывным и нестационарным течениям» (г. Санкт-Петербург, СПбГУ, 2004 г.) — на научно-технической конференции «Новые информационные технологии» (г. Москва, 2003 г.) — на международной научно-технической конференции «Современные информационные технологии» (г. Пенза, 2003 г.) — на международной научно-технической конференции «Аэрофизические методы исследования» (ИТПМ СО РАН, г. Новосибирск, 2004 г.).

Диссертация докладывалась и обсуждалась на кафедрах «Автомобили и механообрабатывающее оборудование» и «Тепловые двигатели и установки» Ижевского государственного технического университета, «Дизайн промышленных изделий» Удмуртского государственного университета, а также на производственно-технических совещаниях в Управлении главного конструктора и отделе компьютерных систем и технологий ОАО «ИжАвто».

Публикации. По теме диссертации опубликовано двенадцать научных работ. [].

Структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы из 87 наименований. Работа содержит 123 страниц и 61 рисунок, 12 таблиц.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

И ВЫВОДЫ.

На основании вышеизложенных расчетов можно сделать следующие выводы.

1. Обзор и анализ методик расчета систем отопления и вентиляции легкового автомобиля показал, что в их основу положен интегральный подход, который позволяет определять лишь средние параметры. Для расчета систем отопления и вентиляции используется классический гидравлический расчет, с использованием оценки местных и линейных потерь.

2. Интегральные методы расчета не позволяют получить необходимую информацию о структуре течения в воздуховодах системы отопления и салоне автомобиля, необходимую для создания эффективно работающей системы отопления и вентиляции.

3. Вместо существующих методик необходимо использовать новую технологию расчета, которая состоит из следующих этапов:

— на основе конструкторской документации строится геометрия исследуемого объекта, с использованием CAD — программных пакетов (Solid Works, Unigraphics, CATIA);

— трансляция полученной геометрии в CAE — программные пакеты или препроцессорные модули к ним (SAMM, ICEM или ANSYS/Stractural);

— создание конечно-элементной сетки расчетной области исследуемого объекта;

— трансляция полученных элементов и узлов в расчетный модуль STAR-CD;

— численный расчет течений в системе отопления и вентиляции;

— анализ полученных данных;

— рекомендации по устранению выявленных недостатков.

4. Разработана трехмерная математическая модель геометрии корпуса системы отопления и вентиляции, на основе которой построена, конечно-элементная сетка расчетного пространства.

5. Проведен анализ физических процессов на основании, которого приняты допущения для расчета системы отопления и вентиляции. Обоснованы выбор математической модели течения и модели пористого тела.

6. Разработана, апробирована и верифицирована методика расчета системы отопления и вентиляции легкового автомобиля с использованием сертифицированных программных пакетов STAR-CD и ANSYS/Stractural.

7. Детально исследована структура трехмерного турбулентного потока в штатном многоканальном корпусе системы отопления легкового автомобиля в зависимости от режима работы нагнетателя.

8. Получены локальные и интегральные характеристики стационарных внутренних течений в трактах системы отопления легкового автомобиля в зависимости от геометрии и граничных условий.

9. Сформулированы рекомендации для обоснования рациональной по аэродинамическому сопротивлению конструкции системы отопления легкового автомобиля.

10. Исследования показали, что структура потока в корпусе отопителя (расположение застойных зон и их размер, а так же аэродинамическое сопротивление воздуховодов), в основном, зависит от геометрии отопителя (расположение радиатора, заслонок, форма трактов воздуховодов, форма и расположение диффузоров) и, в незначительной степени, зависит от скоростного режима работы нагнетателя и интенсивности турбулентности на входе в отопитель.

11. Проведено численное исследование нового корпуса отопителя легкового автомобиля. Результат исследования позволил выявить зоны отрыва потока и неверно ориентированные потоки (в режиме вентиляции поток ударяется о стенку отопителя, в режиме общего обогрева большая часть направлена в салон через центральные дефлекторы, а не на ветровое стекло). Изменение в геометрии каналов отопителя устранит эти недостатки в течении воздуха.

Показать весь текст

Список литературы

  1. В.Н., Палутнн Ю. И. Оценка эффективности системы вентиляции салона автомобиля// Совершенствование эксплуатационных качеств тракторов и автомобилей и использования Машино-тракторного парка: Сб. научных трудов. Горький: 1986. С. 39−42.
  2. Р.С. Российское автомобилестроение. Проблемы и решение// Автомобильная промышленность. 2000. — № 7. — С.1−5.
  3. К.М., Гнипович В. И. и Иванусь Е.М. Об основах расчета вентиляции пассажирских автомобилей. Львов.: ГСХИ, 1970 С.?.
  4. М.Б., Сильянов В. В. Методологические вопросы безопасности дорожного движения // Автомобилизация и расселение: ВНИИ системных исследований. -1979. Вып. 1. — С. 52−56.
  5. Л.Л., Дьяков А. Б., Иларионов В. А. Конструктивная безопасность автомобиля. М.: Машиностроение, 1983. 212 с.
  6. В.Ф. Дорожные условия и безопасность движения. М.: Транспорт, 1982.-288 с.
  7. С.В. Пористые материалы в машиностроении. М., «Машиностроение», 1976.
  8. М.С., Выгонный А. Г. Автомобили. Основы проектирования: учебное пособие для вузов. Мн.: Высшая Школа, 1996. -117с.
  9. Р.И. Краткий справочник конструктора. Л.: Машиностроение, 1984.? с.
  10. О.В., Клюев Н. В. Труд и здоровье водителя автомобиля. М.: Транспорт, 1982. 160 с.
  11. Н.Я., Туренко А. Н. Системотехника проектирования транспортных машин: учебное пособие. Харьков: ХНАДУ, 2002. 176 с.
  12. Ю.А., Дресвянников Ф. Н., Идиатуллин Н. С. Теория и техника теплофизического эксперимента. 2-у изд. Под ред. Щукина В. К. М.: Энергоатомиздат, 1993. 448 с.
  13. Гор А.И. и др. Аэродинамические испытания автомобиля ГАЗ -24// Автомобильная промышленность, 1969, № 3.
  14. Гор А.И. и др. Аэродинамические испытания легковых автомобилей ГАЗ// Исследования в области конструирования автомобилей. М.: Машиностроение, 1970 -.
  15. С.М. Экспериментальная аэромеханика. М.: Высшая школа, 1970.
  16. ГОСТ Р 51 206 98. Содержание вредных веществ в воздухе салона кабины.
  17. ГОСТ Р 50 993 96. Системы отопления, вентиляции и кондиционирования. Требования к эффективности и безопасности.
  18. ГОСТ Р 121 005 88. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны.
  19. ГОСТ Р 51 266 -99. Обзорность с места водителя.
  20. А.И. Автомобили. Конструкция, конструирование и расчет. Система управления и ходовая часть. Мн.: Высшая Школа, 1986. ?с.
  21. В.Г. Аэродинамика автомобиля. М.: Машиностроение, 1987.422 с.
  22. Ю.А. Основы конструирования автомобильных кузовов. М.: Машгиз, 1962. 319с.
  23. А.Н., Хубаев Б. Г. Совершенствование аэродинамических качеств автомобилей и автопоездов. М.: ЦНИИТЭавтопром, 1987. -52 с.
  24. B.C. Инженерные методы решения задач теплопроводности. М.: Энергоатомиздат, 1983. 328 с.
  25. А.В. Системы отопления кабин и салонов: ГОСТ Р 50 993 96 нуждается в уточнении// Автомобильная промышленность. — 2004. — № 7. -С. 18−21.
  26. В.Н. Пассивная безопасность автомобиля. М.: Март, 1995.380 с.
  27. Кох П. И. Климат и надежность машин. М.: Машиностроение, 1981. -175 с.
  28. В.И., Голынин Е. В. Законодательные и потребительские требования к автомобилю. М.: ПравоМ, 2003. -453 с.
  29. Г. Я. Держи ноги в тепле// Семь верст. № 7. — С. 6−9.
  30. В. Сам себе истопник// За рулем. 2000. № 3. — С. 140−141.
  31. Ю.Н., Громовой С. В., Филькин Н. М., Зыков С. Н., Матвеев Д. В. Инженерный анализ конструкций автомобилей ОАО «ИжАвто»//
  32. Материалы 53-ей Международной научно-технической конференции Ассоциации автомобильных инженеров. Ижевск: ООО «Издательский дом «Парацельс». — С. 107−117.
  33. Г., Карпенко А. Дует, но не греет// За рулем. 1999. — № 10. -С. 142−143.
  34. В.В. Системы кондиционирования динамического микроклимата.-М.: Энергоиздат, 1997.-225 с.
  35. П.П., Гаспарянц Г. А., Родионов В. Ф. Конструирование и расчет автомобиля. М.: Машиностроение, 1984. 215 с.
  36. Д.В. Математическое моделирование трехмерного течения в задачах газо- и гидродинамики автомобиля// Сборник научных трудов аспирантов и преподавателей. Ижевск-Екатеринбург. Екатеринбург: Институт экономики УрО РАН, 2003. С. 27−29.
  37. Е.В. Аэродинамика автомобиля. М.: Машиностроение, 1973. 224 с.
  38. С. Наука ленивым// За рулем. 1999. — № 10. — С. 140−141.
  39. С.В., Давыдов Ю. С. Техника автоматического регулирования в системах вентиляции и кондиционирования. М.: Энергоиздат, 1995.- 150 с.
  40. А. Не мерзнет и не потеет// За рулем. 2002. — № 12. — 79 с.
  41. А.Н., Кузнецов Е. С., Румянцев С. И. Критерии оценки и управления качеством автотранспортных средств на стадии проектирования, производства и эксплуатации. М.: МАДИ, 1981. 95 с.
  42. Ю.И. Метологические основы совершенствования параметров воздушной среды салонов автомобилей. М.: ГНЦ НАМИ, 1998. -36 с.
  43. Л.Г., Ромалис Г. М. Эффективность использования автомобилей в различных климатических условиях. М.: Транспорт, 1989. -127 с.
  44. А., Мишин С. Обещают потепление// За рулем. 2001. -№ 1-С. 140−141.
  45. О. Погода на заказ: отечественные системы климат контроля// Автостандарт. 2003. — № 5. — С. 28−30.
  46. Г. С. Гидро- газодинамика. М.: Машиностроение, 1990.-384 с.
  47. Теплоэнергетика и теплотехника: Общие вопросы. Справочник// Под общ. Ред. Григорьева В. А., Зорина В. М. М.: Энергия, 1980. — 528 с.
  48. Техническая справка ТС 38 215 по испытаниям системы отопления и вентиляции автомобиля ИЖ-2126 на соответствие требованиям ГОСТ Р 50 993−96.
  49. Техническая справка ТС 127−02 по испытаниям системы отопления и вентиляции автомобиля ИЖ-2126 на соответствие требованиям ГОСТ Р 50 993−96.
  50. В.П. Отопление кабины автомобилей. М.: НИИавтопром, 1986.-136 с.
  51. В.П. Вентиляция, отопление и обеспылевание воздуха вкабинах автомобилей. М.: Машиностроение, 1987. 172 с.
  52. В.К. Современный автомобильный кузов. М.: Машиностроение, 1985. — 263с.
  53. Bird, R.B., Stewart, W.E., and Lightfoot, E.N. Transport Phenomena// John Wiley & Sons,. New York. 1966.
  54. Chen, Y.S., and Kim, S.W. Computation of turbulent flows using an extended k-e turbulence closure model//NASA CR-179 204. 1987.
  55. El Tahry, S.H. k-Q equation for compressible reciprocating engine flowsII AIM J. Energy, 7, No. 4, 1983pp. 345−353.
  56. Fureby, C., Tabor, G., Weller, H.G. and Gosman, A. D., Acomparative study of subgrid scale models in homogeneous isotropic turbulence// Physics of Fluids, 9, 1997. pp. 1416−1429.
  57. Galperin, B. and Orszag, S. A. (editors) Large Eddy Simulation of Complex Engineering and Geophysical Flows// Cambridge University Press. 1993.
  58. Hassid, S., and Poreh, M. A turbulent energy dissipation model for flows with drag reduction// J. Fluids Eng., 100, 1975 pp. 107−112.
  59. Hinze, P.O. Turbulence// 2nd Edition, McGraw-Hill. New York. 1975.
  60. Hirsch, C. Numerical Computation of Internal and External Flows Vol. II: Computational Methods for Inviscid and Viscous Flows// John Wiley & Sons, New York. 1960.
  61. Jones, W.P. Models for turbulent flows with variable density and combustion, in Prediction Methods for Turbulent Flow (Ed. W. Kollman)// Hemisphere. Washington, D.C. 1980.
  62. Launder, B.E., and Spalding, D.B.The numerical computation of turbulent flow// Сотр. Meth. in Appl. Mech. & Eng., 3, 1974 p. 269.
  63. Libby, P.A., and Williams, F.A.Turbulent Reacting Flow// Springer Verlag.-Berlin. 1980.
  64. Lien, F.S., Chen, W.L., and Leschziner, M.A. Low-Reynolds-Number Eddy-Viscosity Modelling Based on Non-Linear Stress-Strain/Vorticity Relations// Proc. 3rd Symp. on Engineering Turbulence Modelling and Measurements, Crete, Greece. 1996.
  65. Norris, L.H., and Reynolds, W.C. Turbulent channel flow with a moving wavy boundary// Report No. FM-10, Department of Mechanical Engineering, Stanford University, USA. 1975.
  66. N. V. Nederlandse Gasunie Physical Properties of Natural Gases// Groningen. The Netherlands. 1980.
  67. , L. 1925. Bericht uber unterschungen zur ausgebildeten Turbulenz// ZAMM, 5, 1925.p. 136.
  68. Reynolds, W.C. Computation of turbulent flows// Ann. Rev. Fluid Mech., 8, 1976. pp. 183−208.
  69. Richtmeyer, R.D., and Morton, K.W. Difference Methods for Initial-Value Problems// 2nd Edition, Wiley-Interscience, New York. 1967.
  70. Rodi, W. Experience with two-layer models combining the k-e model with a one-equation model near the wall// AIAA 91−0216. 1991.
  71. Rodi, W. Influence of buoyancy and rotation on equations for turbulent length scale// Proc. 2nd Symp. on Turbulent Shear Flows. 1979.
  72. Schlichting, H. Boundary Layer Theory// 6th Edition, McGraw-Hill, New York. 1968.
  73. Shih, Т.Н., Zhu, J. and Lumley, J. L. A realizable Reynolds stress algebraic equation model// NASA TM-105 993. 1993.
  74. Smagorinsky, B. General circulation experiments with the primitive equations. I. The basic experiment// Mon. Weather Rev., 91 1963.
  75. Van Driest, E.R. On turbulent flow near a wallII J. Aeronaut. Science, 23, 1956. pp. 1007−1011.
  76. Warsi Z.V. Conservation form of the Navier-Stokes equations in general nonsteady coordinates// AIAA J. 1981.- № 19. — Pp. 240−242.
  77. , M. 'The velocity and temperature distribution in one-dimensional flow with turbulence augmentation and pressure gradientII Int. J. Heat Mass Transfer, 12,1969. pp. 301−318.
  78. Yakhot, V., and Orszag, S.A. Renormalization group analysis of turbulence I: Basic theory// J. Scientific Computing, 1, 1986 pp. 1−51.
  79. Yakhot, V., Orszag, S.A., Thangam, S., Gatski, T.B., and Speziale, C.G. Development of turbulence models for shear flows by a double expansion technique// Phys. Fluids, A4, No. 7, 1992. pp. 1510−1520.
Заполнить форму текущей работой

Заказал и сдал!