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合理的内燃机进气系统设计能够减少进气能量损失,保证内燃机充气效率,提高内燃机升功率。而确定进气系统各元件结构参数,是进气系统设计的主要内容。FSAE赛车进气系统一般由空气滤清器、节气门、限流阀、扩散器、稳压腔及进气歧管组成。本文基于一维和三维数值模拟软件GT-Power及FLUNET,对2015届CQUFSAE(重庆大学FSAE)赛车内燃机进气系统进行优化设计,在充分考虑流体流动特性的前提下,尽可能提高进气系统的充气效率,减少流动损失,以实现内燃机动力性能最优。本文主要研究了以下几个方面:(1)首先,本文介绍了变长度进气歧管技术及内燃机进气系统数值仿真的发展现状。明确了进行进气系统数值仿真以实现优化设计的目标。(2)其次,本文引入了进气系统性能评价指标“容积效率”和“充气效率”。分析了进气系统中的动态效应:合理设计二级可变进气歧管长度,可以有效利用动态效应,提高内燃机充气效率。探讨了进气系统中的沿程能量损失及局部能量损失,在进气系统设计时应尽量减少这些损失。详细分析了2015届FSC大赛的规则,初步完成内燃机选型、进气形式确定、节气门选型、限流阀选型以及扩散器的布置,并确定赛车进气系统的安装位置。(3)再次,本文详细阐述了使用GT-Power软件进行内燃机、进排气系统模型建立及参数设置的过程,并运用内燃机台架试验的数据验证了模型的正确性。探讨了扩散器布置形式对内燃机功率、转矩、充气效率的影响,验证了扩散器垂直布置的可靠性,并确定扩散器最优张角为8°。研究了进气歧管长度变化对内燃机性能的影响,确定二级可变进气歧管长度分别为180mm及74mm,切换点为10000rpm,低转速时使用长进气歧管,高转速时使用短进气歧管。分析了稳压腔容积变化对内燃机功率、转矩、充气效率的影响,选定稳压腔容积为3L。确定限流阀头部至颈部的长度为15mm时,有内燃机动力最优。(4)最后,本文介绍了CFD理论基础及湍流模型的基本知识,选用了标准k-ε模型进行进气系统流体三维仿真。使用CATIA建立了进气系统的流体三维模型,完成网格划分,使用一维仿真计算结果设置三维流体边界条件,完成求解器设置。以扩散器倒角及进气歧管角度为变量,探讨它们对进气系统内流体流动的影响。应用FLUENT软件对36个进气系统流体模型进行了仿真分析,比较各模型进气歧管质量流率,选取供气均匀性最好的模型:扩散器倒角为80mm,进气歧管角度为100°,并最终完成进气系统设计。