随着公路运输行业的发展,重型卡车的保有量在逐渐增加,随之带来的维护保养问题和环境污染问题也逐渐增大。重型卡车前进气系统作为发动机进气系统的一部分,负责为发动机提供洁净的空气和较低的压力损失,对于提高发动机的使用寿命和工作效率、降低排放方面具有重要的意义。结合重型卡车前进气系统存在的过滤效率低、压降较大的问题,课题提出采用计算流体动力学方法(CFD)对重型卡车前进气系统进行结构改进设计。为了研究重型卡车前进气系统的性能情况,建立其实际三维模型和稳态工况下的数学模型,运用流场分析软件Fluent分析重型卡车前进气系统内部流场情况,采用离散相模型(DPM)两相耦合的方法研究前进气系统内部颗粒运动轨迹的分布情况,得出重型卡车前进气系统存在的结构问题为:叶片和进气栅格对重型卡车前进气系统的过滤效率和压降影响较大,同时气流靠近叶片中心轴位置速度分布不均匀,影响了前进气系统的过滤效率。通过分析重型卡车前进气系统的叶片轮轴直径、叶片直径、叶片螺旋角、扰流板平移距离、进气栅格板间距、进气栅格倾角对其内部流场特性及性能指标的影响情况,得到了以上结构参数均会对重型卡车前进气系统的流场及其性能产生较大影响,并运用方差分析法和均值比较法,确定了其结构参数对过滤效率和压降综合情况下的主次效应情况,由大到小分别为:叶片直径、扰流板平移距离、叶片轮轴直径、进气栅格倾角、进气栅格板间距、叶片螺旋角。采用正交试验法对重型卡车前进气系统进行多因素试验设计与优化分析,得到了正交试验变量区间内因素对过滤效率影响的主次效应情况,由大到小为:叶片直径、叶片轮轴直径、进气栅格倾角、叶片螺旋角、扰流板平移距离、进气栅格板间距;对压降影响的主次效应由大到小为:进气栅格倾角、叶片螺旋角、叶片轮轴直径、进气栅格板间距、扰流板平移距离、叶片直径。确定了最佳因素水平组合,通过对最佳因素水平组合进行验证分析及优化前后不同工况下的性能情况的对比,证实优化后重型卡车前进气系统的性能得到改善,整体速度均匀性提高。绘制优化后重型卡车前进气系统的二维结构工程图,完成了对重型卡车前进气系统的结构改进设计。