汽車發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)排氣系統(tǒng)的CFD分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化.pdf

1、與柴油機(jī)相比，汽油機(jī)具有體積小、重量輕、噪音小、啟動(dòng)性能好等優(yōu)點(diǎn)，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(zhǎng)引發(fā)了環(huán)境污染和能源危機(jī)，迫切要求世界各國(guó)開展汽油機(jī)節(jié)能和降低排放方面的研究。進(jìn)排氣系統(tǒng)是發(fā)動(dòng)機(jī)的重要組成部分，其內(nèi)部氣流組織的是否合理，不僅會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，而且會(huì)嚴(yán)重影響其排煙、排污、噪聲以及工作的可靠性。要改進(jìn)燃燒和降低污染，就必須對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)排氣系統(tǒng)進(jìn)行深入、細(xì)致研究。由于實(shí)驗(yàn)條件的限制，單純通過

2、實(shí)驗(yàn)來研究發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)中氣體的流動(dòng)，不僅費(fèi)用高而且實(shí)驗(yàn)周期長(zhǎng)。而數(shù)值模擬方法具有資金投入少、周期短、仿真能力強(qiáng)、信息完全等優(yōu)點(diǎn)，它基于流體力學(xué)和計(jì)算流體力學(xué)的基本理論，建立各種復(fù)雜條件下的守恒方程組，確定合適的定解條件，用數(shù)值計(jì)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(gè)流場(chǎng)中各變量的分布。
　　 本論文以某一型號(hào)汽油機(jī)的進(jìn)排氣系統(tǒng)為研究對(duì)象，對(duì)氣道、氣門以及氣缸內(nèi)的氣體流動(dòng)進(jìn)行了仿真分析。首先用三維坐標(biāo)儀對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)

3、的氣道外形和氣缸結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)量，然后用三維建模軟件UG建立仿真計(jì)算所需的幾何模型，對(duì)計(jì)算模型的劃分采用動(dòng)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(xiàn)，確定基于有限體積法的計(jì)算方法及 RNG 數(shù)學(xué)模型。最后用Fluent軟件對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)排氣系統(tǒng)進(jìn)行三維瞬態(tài)數(shù)值模擬研究，得到了其內(nèi)部的壓力場(chǎng)、速度場(chǎng)、湍動(dòng)能場(chǎng)的分布。根據(jù)計(jì)算分析發(fā)現(xiàn)：
　　 1、在進(jìn)氣過程中，由于進(jìn)氣門并不是

4、位于氣缸的垂直中心線上，進(jìn)氣流動(dòng)不均勻，并且在進(jìn)氣過程中進(jìn)氣門阻礙了氣流進(jìn)入氣缸，進(jìn)氣門下方的空氣被周圍空氣所卷吸，形成小渦，因此進(jìn)氣過程中產(chǎn)生了渦流現(xiàn)象。
　　 2、通過對(duì)進(jìn)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(rèn)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(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，找出原結(jié)構(gòu)中不