汽車發(fā)動機進(jìn)氣管材料改型設(shè)計的數(shù)值模擬及優(yōu)化.pdf

1、進(jìn)、排氣管道是汽車發(fā)動機的關(guān)鍵部件之一。其流動特性對發(fā)動機性能的影響十分敏感，其優(yōu)劣影響到汽車的經(jīng)濟性、動力性和有害物排放的水平。近年來對發(fā)動機性能更高的要求也促使進(jìn)氣管的設(shè)計質(zhì)量必須有進(jìn)一步的提高。 傳統(tǒng)的發(fā)動機進(jìn)氣管設(shè)計廣泛采用穩(wěn)流實驗來評定進(jìn)氣管的性能。然而，實驗方法只能給出流動的綜合量，而不能獲得缸內(nèi)流場結(jié)構(gòu)的詳細(xì)信息，設(shè)計主要依靠設(shè)計者的直覺和經(jīng)驗?；跀?shù)值模擬的流體動力學(xué)方法使得對氣道內(nèi)氣體流動的詳細(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、流速場等參數(shù)的分布，方便地研究結(jié)構(gòu)參數(shù)及其相對位置對流動特性的影響，為進(jìn)氣系統(tǒng)設(shè)計與改進(jìn)提供依據(jù)。 到目前為止，采用實驗和數(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)計中解決流體動力學(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。 本文對某汽油發(fā)動機的進(jìn)氣管進(jìn)行了研究。對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，對模型進(jìn)行了數(shù)值

3、模擬研究。為進(jìn)一步設(shè)計和改進(jìn)塑料進(jìn)氣管探索了一套方法。 然后，對發(fā)動機進(jìn)行了進(jìn)氣道穩(wěn)流試驗以評價進(jìn)氣系統(tǒng)的總體流動特性，包括流量系數(shù)和渦流比，其中根據(jù)國內(nèi)外研究選取了合適的實驗壓差和氣門升程。 實際發(fā)動機中的流動區(qū)域一般具有不規(guī)則的復(fù)雜外形，例如發(fā)動機氣道、燃燒室以及冷卻水腔等，在本文中，我們對該部分的數(shù)模構(gòu)建進(jìn)行了簡化處理。 計算網(wǎng)格的疏密和計算網(wǎng)格的方便生成也是計算流體力學(xué)在實際設(shè)計工作中得到廣泛應(yīng)用的一個關(guān)

4、鍵。本文對于穩(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計算區(qū)域內(nèi)得到質(zhì)量較高的網(wǎng)格，計算時間與計算精度也得到了很好的兼顧，該分網(wǎng)方法最后得到整個進(jìn)氣道的網(wǎng)格數(shù)為69萬左右，使得最終計算時間約為25～30小時。 邊界條件的確定原則主要是考慮符合實際穩(wěn)流試驗中的情況，將氣道內(nèi)的氣體視為穩(wěn)態(tài)的三維可壓縮氣體，主要給出了流動計算區(qū)域進(jìn)口與出口的壓力，對于進(jìn)出口邊界上的流速的大小與方向均不作任何限