汽車發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管材料改型設(shè)計(jì)的數(shù)值模擬及優(yōu)化.pdf

1、進(jìn)、排氣管道是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵部件之一。其流動(dòng)特性對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響十分敏感，其優(yōu)劣影響到汽車的經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性和有害物排放的水平。近年來對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能更高的要求也促使進(jìn)氣管的設(shè)計(jì)質(zhì)量必須有進(jìn)一步的提高。 傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管設(shè)計(jì)廣泛采用穩(wěn)流實(shí)驗(yàn)來評(píng)定進(jìn)氣管的性能。然而，實(shí)驗(yàn)方法只能給出流動(dòng)的綜合量，而不能獲得缸內(nèi)流場(chǎng)結(jié)構(gòu)的詳細(xì)信息，設(shè)計(jì)主要依靠設(shè)計(jì)者的直覺和經(jīng)驗(yàn)?；跀?shù)值模擬的流體動(dòng)力學(xué)方法使得對(duì)氣道內(nèi)氣體流動(dòng)的詳細(xì)研究成為可能，通

2、過CFD分析可以獲得氣道及缸內(nèi)的壓力場(chǎng)、流速場(chǎng)等參數(shù)的分布，方便地研究結(jié)構(gòu)參數(shù)及其相對(duì)位置對(duì)流動(dòng)特性的影響，為進(jìn)氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)與改進(jìn)提供依據(jù)。 到目前為止，采用實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法被認(rèn)為是進(jìn)氣系統(tǒng)改進(jìn)設(shè)計(jì)中解決流體動(dòng)力學(xué)相關(guān)問題最直接有效的方法。采用這兩種方法相結(jié)合的方法可以克服各自的缺點(diǎn)。 本文對(duì)某汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣管進(jìn)行了研究。對(duì)利用逆向工程方法的獲得進(jìn)氣管數(shù)字模型，應(yīng)用FIRE軟件，采用有限容積法，對(duì)模型進(jìn)行了數(shù)值

3、模擬研究。為進(jìn)一步設(shè)計(jì)和改進(jìn)塑料進(jìn)氣管探索了一套方法。 然后，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了進(jìn)氣道穩(wěn)流試驗(yàn)以評(píng)價(jià)進(jìn)氣系統(tǒng)的總體流動(dòng)特性，包括流量系數(shù)和渦流比，其中根據(jù)國(guó)內(nèi)外研究選取了合適的實(shí)驗(yàn)壓差和氣門升程。 實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)中的流動(dòng)區(qū)域一般具有不規(guī)則的復(fù)雜外形，例如發(fā)動(dòng)機(jī)氣道、燃燒室以及冷卻水腔等，在本文中，我們對(duì)該部分的數(shù)模構(gòu)建進(jìn)行了簡(jiǎn)化處理。 計(jì)算網(wǎng)格的疏密和計(jì)算網(wǎng)格的方便生成也是計(jì)算流體力學(xué)在實(shí)際設(shè)計(jì)工作中得到廣泛應(yīng)用的一個(gè)關(guān)

4、鍵。本文對(duì)于穩(wěn)流數(shù)值模擬的網(wǎng)格劃分方法，采用了基于不同部分疏密不同的劃分方法。這種方法容易在整個(gè)計(jì)算區(qū)域內(nèi)得到質(zhì)量較高的網(wǎng)格，計(jì)算時(shí)間與計(jì)算精度也得到了很好的兼顧，該分網(wǎng)方法最后得到整個(gè)進(jìn)氣道的網(wǎng)格數(shù)為69萬左右，使得最終計(jì)算時(shí)間約為25～30小時(shí)。 邊界條件的確定原則主要是考慮符合實(shí)際穩(wěn)流試驗(yàn)中的情況，將氣道內(nèi)的氣體視為穩(wěn)態(tài)的三維可壓縮氣體，主要給出了流動(dòng)計(jì)算區(qū)域進(jìn)口與出口的壓力，對(duì)于進(jìn)出口邊界上的流速的大小與方向均不作任何限