汽車發(fā)動機進排氣系統(tǒng)的CFD分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化.pdf

1、與柴油機相比，汽油機具有體積小、重量輕、噪音小、啟動性能好等優(yōu)點，在汽車行業(yè)得到了廣泛地應(yīng)用。然而由于汽車保有量的高速增長引發(fā)了環(huán)境污染和能源危機，迫切要求世界各國開展汽油機節(jié)能和降低排放方面的研究。進排氣系統(tǒng)是發(fā)動機的重要組成部分，其內(nèi)部氣流組織的是否合理，不僅會影響發(fā)動機的動力性和經(jīng)濟性，而且會嚴重影響其排煙、排污、噪聲以及工作的可靠性。要改進燃燒和降低污染，就必須對發(fā)動機的進排氣系統(tǒng)進行深入、細致研究。由于實驗條件的限制，單純通過

2、實驗來研究發(fā)動機進氣系統(tǒng)中氣體的流動，不僅費用高而且實驗周期長。而數(shù)值模擬方法具有資金投入少、周期短、仿真能力強、信息完全等優(yōu)點，它基于流體力學和計算流體力學的基本理論，建立各種復雜條件下的守恒方程組，確定合適的定解條件，用數(shù)值計算方法直接求解這些聯(lián)立的非線性偏微分方程組，從而得到整個流場中各變量的分布。
　　 本論文以某一型號汽油機的進排氣系統(tǒng)為研究對象，對氣道、氣門以及氣缸內(nèi)的氣體流動進行了仿真分析。首先用三維坐標儀對發(fā)動機

3、的氣道外形和氣缸結(jié)構(gòu)進行測量，然后用三維建模軟件UG建立仿真計算所需的幾何模型，對計算模型的劃分采用動網(wǎng)格技術(shù)以及局部劃分的非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格技術(shù)，使網(wǎng)格變化與氣道、氣門及缸內(nèi)的結(jié)構(gòu)相適應(yīng)。然后，通過閱覽大量文獻，確定基于有限體積法的計算方法及 RNG 數(shù)學模型。最后用Fluent軟件對發(fā)動機的進排氣系統(tǒng)進行三維瞬態(tài)數(shù)值模擬研究，得到了其內(nèi)部的壓力場、速度場、湍動能場的分布。根據(jù)計算分析發(fā)現(xiàn)：
　　 1、在進氣過程中，由于進氣門并不是

4、位于氣缸的垂直中心線上，進氣流動不均勻，并且在進氣過程中進氣門阻礙了氣流進入氣缸，進氣門下方的空氣被周圍空氣所卷吸，形成小渦，因此進氣過程中產(chǎn)生了渦流現(xiàn)象。
　　 2、通過對進氣過程中缸內(nèi)橫截面上速度矢量的變化分析發(fā)現(xiàn)，在接近氣缸蓋的截面產(chǎn)生的旋流最明顯，其次是氣缸中部，最后為接近活塞的地方。由此可以認為，氣缸內(nèi)產(chǎn)生的旋流是自上而下發(fā)展的，在接近活塞處慢慢消失。
　　 3、應(yīng)用CFD對模擬結(jié)果進行分析評價，找出原結(jié)構(gòu)中不