基于CFD的柴油机进气流动瞬态数值模拟与试验研究

采用经压缩修正的Jj}噌双方程湍流模型对一台车用4气门6缸柴油机的单缸换气过程、进气压缩过程进行了CFD瞬态模拟计算.结果表明,对于该柴油机,其气门叠开期发生了废气倒流入进气道现象;切向气道和螺旋气道的气流之间存在着相互影响;进气结束时在涡流以外还存在纵向的涡,在压缩行程中这些涡在高速转动的同时能量发生耗散.并将能量传递给周围流场,诱导出一个反方向的纵涡.气道稳流试验结果表明,对流量系数和涡流比的模拟计算结果与试验结果吻合较好.     

内燃机进气过程缸内湍流流场的大涡模拟

为精确描述内燃机进气过程中的缸内流场动态特性,基于非结构化动网格和有限体积法,应用大涡模拟方法对1台模型发动机进气过程进行三维瞬态数值模拟研究。计算采用动态Smagorinsky亚网格尺度模型,得到缸内速度和湍流黏度分布及其随时间的变化。大涡模拟的计算结果与试验值吻合良好,与RNAS模型相比能更精确地揭示流场的瞬变结构和流动的随机特性。     

火花塞对汽油机缸内湍流的影响

针对4种不同火花塞,利用三维模拟软件建立了缸内直喷汽油机的仿真计算模型,在2 000r/min冷态情况下,对缸内湍流进行了计算,得到发动机在进气冲程、压缩冲程、点火时刻气缸内及火花塞附近的流场,评价了缸内速度场、湍动能参数。结果表明:在进气初期,火花塞对周围湍动能和缸内速度场影响最大,决定了缸内初期涡团的形成以及此后缸内湍流的发展变化;随着进气门的关闭和气缸容积的增大,火花塞对缸内湍流的影响越来越小;直至活塞靠近上止点,火花塞对局部流场的影响再一次显现。采用恰当的火花塞结构,使点火位置气流处于低速且具有足够湍流强度,对点火的稳定性和火焰的传播具有深远的影响。     

切向进气道发动机缸内流场三维瞬态数值模拟

以动态网格技术为基础,采用三维、可压、黏性、湍流模型,应用控制容积法,对切向进气道发动机进气系统三维流场特性进行了瞬态数值研究。研究发现,在进气过程的初始阶段,缸内始终存在一对旋涡,并且沿气缸轴线向下缸内流体出现逐步融合的趋势;随着曲轴转角进一步增大,约在100°CA时缸内靠近活塞的横截面上出现单旋涡;在140°CA时,缸内横截面上大部分都只有单旋涡存在,只在靠近缸盖的横截面上有一个面积较大的主旋涡和一个面积很小的旋涡;当曲轴转角进一步增大,缸内仅存在一个单旋涡,流场压力趋于均匀。采用三维瞬态数值计算可获得稳态计算和试验难以得到的进气系统三维流场流动规律,为进气系统的优化设计提供可靠依据。     

本征正交分解在发动机缸内流场拟序结构研究中的应用

本文中应用大涡模拟方法对一台四气门单缸光学发动机进行了100个连续周期冷态流场计算,计算结果通过了PIV实验验证,为缸内湍流场拟序结构的研究构建了可靠的数据库。然后应用本征正交分解方法对缸内湍流场数据库进行了深度加工,根据湍流场涡团结构含能量进行分解,有效实现了大尺度拟序结构和小尺度随机脉动涡团的分离,为研究拟序结构和其他不同尺度涡团特性提供了便利。另外,计算结果还表明,进气冲程阶段的进气射流主导着缸内早期整体流动形态,产生的大尺度拟序结构涡团在随后的过程中不断破碎成小尺度涡团,并伴随着能量级联现象的发生,之后缸内流场会逐渐趋于各向同性。     

内燃机组合进气道进气系统的数值模拟

采用分块粘接的网格生成技术,利用求解Poisson方程生成螺旋气道和切向气道相组合的进气系统以及缸内的三维贴体网格。用任意拉格朗日—欧拉(ALE)法对该组合进气系统进行了稳态流场的数值模拟。分析了组合进气道内的气体流动特性,为理解组合气道结构形状对进气流动的影响提供了有力的依据。     

汽油机进气歧管均匀性影响因素分析及结构参数优选

基于一款增压三缸汽油机进气歧管,采用CFD分析方法研究了稳压腔-支气道过渡圆角、节气门安装角、进气歧管总管长度等参数对进气均匀性的影响.结果表明:增大稳压腔与气道之间过渡圆角,可以降低压损、增大相应支气道的进气流量;节气门布置的角度会对进气歧管内的流场产生影响,从而影响进气均匀性;节气门后总管长度对进气歧管流场分布有较...     

基于虚拟设计的发动机工作过程研究

提出了流场静态模拟、气道稳流试验、流场及燃烧的三维动态模拟相结合的工作过程虚拟设计方法,并对车用4气门汽油机进行了详细的模拟研究.通过流场静态模拟与气道稳流试验相结合,使两者的结果相互补充,并对选用的湍流模型进行验证;将流场三维动态模拟的结果作为初场应用于燃烧三维动态模拟,使燃烧模拟更接近于实际工作状态.静态与动态模拟的较好结合既能大量节省计算时间,又提高了模拟的真实性,有效缩短产品开发与改进的周期.     

某商用车发动机进气系统流场分析与优化改进

本课题对某商用车发动机进气系统进行流场分析与优化改进。在发动机进气系统设计中,以其进气道几何模型为基础,借鉴相关机型的气道稳流试验数据,运用计算流体动力学理论(CFD)和有关数值计算方法,对4种不同气门升程下的进气道缸内流场特性进行了计算分析。建立了评价进气道稳流特性的有关计算模型,给出了其进气流量、进气道内气流分布、不同气门升程下缸内流场特性、流量系数和涡流比等参数,为进气道性能优化、评价和再设计提供了方法和依据。并对进气系统模型进行优化,再次进行流场分析后进气系统流量系数得到提高,大幅提高了发动机进气系统的进气效率。     

4气门直喷柴油机进气流动和缸内流场的研究

在一款4气门高速直喷柴油机上,采用稳态试验和数值模拟对螺旋气道、切向气道和组合气道的流动特性进行了研究。提出了两个进气道组合时流动干涉的分析方法,并利用数值模拟方法,进一步探讨了进气流动对缸内流场的影响规律。结果表明:采用组合进气道可使进气流通面积增加约一半,从而使充气效率提高约1/4;另外,组合气道的进气流动存在相互干涉,这种干涉作用对流量系数影响不大,但对缸内的涡流运动却有较大影响。     

柴油机可变涡流进气流动的数值模拟研究

为1台2.0L的4气门柴油机设计了可变涡流进气系统,利用三维CFD软件AVL-Fire分别对柴油机的3种气道型式的气体流动进行了数值模拟计算,得出了不同型式进气道的流通特性和涡流特性。提出了两种涡流控制阀方案,在切向和螺旋进气道分别设置旋转阀片进行调节,可以改变涡流比,并经比较研究选出了较优方案。研究结果表明,螺旋进气道在大气门升程下的流通能力优于切向进气道,但小气门升程下切向进气道流通能力较好,且产生涡流能力较强;双进气道由于气流的干涉会导致进气能量的损失,但涡流扭矩有所增加;涡流控制阀能在一定范围内改变进气涡流比,且设置在螺旋气道侧的方案具有更好的变涡流效果,能够保证较好的流通性和较大的涡流比变化范围,满足发动机不同工况对流通性和涡流强度的要求。     

用于研究柴油机进气涡流的水模拟测试系统

主要介绍了一个针对 115 0G单缸柴油机进气道结构的进气涡流水模拟装置和一套用于测量二维流场的激光粒子速度场仪 (PIV) ,用它们来测量旋流器在气缸内产生的涡流流场 ,目的是为研究旋流器在气缸内产生涡流的能力和涡流在缸内的发展情况。其中旋流器是作者设计的一种用于 4气门、短直气道发动机产生进气涡流的装置。     

4气门柴油机进气道布置及气体流动CFD模拟

不同的发动机气道组合对进气流量和进气涡流有重要的影响。研究了YZ4102 4气门柴油机螺旋气道和切向气道的布置方案,并对气道—气门—气缸系统中的气体流动进行了三维数值模拟,得到了螺旋进气道单开和两进气道全开状态下气道内部详细的速度场和湍动能等信息,为气道结构优化提供了理论依据。     

某高强化柴油机进气道的设计开发

以未简化的某柴油机进气道为研究对象,使用三维流动力学软件完成了气道稳流试验台中气道-气缸流动的三维数值模拟计算,模拟计算的流场显示出了在气道试验台条件下空气流动过程的详细状况,气道性能评价参数(流通系数和涡流比)的流动计算结果与气道试验结果吻合较好.数值模拟精度表明,气道CFD计算可以为发动机开发中气道设计提供理论依据...     

车用涡轮增压器蜗壳内三维流场模拟分析

建立了盖瑞特TB25型涡轮增压器蜗壳内部流道几何模型,并使用三维CFD软件AVL Fire对此模型的可压缩、粘性三维流场进行了数值模拟。分析表明,在进气蜗壳的拐角处速度有明显的降低,且局部产生旋涡。对此处进行了修改,并重新分析了涡轮内部的流动情况。结果是,该处的速度等值线分布均匀,没有出现速度明显降低的情况,且较之修改前总-静效率提高了0.12%。     

柴油机螺旋进气道三维数值模拟及其结构优化

以计算流体力学(CFD)技术理论为基础,利用三维数值模拟软件AVL-Fire分析新型6160船用柴油机螺旋进气道,得到缸内的流量系数、涡流比以及流场特性云图.通过三维建模软件CATIA将原气道不足之处改进优化,对改进后的螺旋进气道进行稳态和瞬态模拟分析与评价,结果表明:优化后的螺旋气道进气性能提高15%左右,涡流产生能力提高20%左右.     

发动机进气及压缩过程工质运动强度度量的研究

结合某4气门汽油机进气系统CFD算例及国外相关研究进展,分析了应用涡流比和滚流比作为发动机工质运动强度的度量的不足之处。提出对于稳态CFD分析,可应用流经气门最小流通截面的单位质量工质动能流量与单位质量湍动能流量来评价宏观和微观的工质运动强度,对于进气及压缩过程的瞬态CFD分析,可应用缸内单位质量工质的动能与湍动能来评价宏观和微观的工质运动强度,并探讨了两者在进气及压缩过程的变化规律。     

柴油机组合进气道布置位置优化研究

针对某型柴油机切向/螺旋组合进气道进气系统进行了稳态流场的数值模拟,分析了组合气道的流动特性,为进气道位置优化提供了依据;在不改变原机气道形状的基础上,通过稳流试验确定了最终进气道位置的优化方案,证实了流动数值模拟在气道优化中的指导作用。     

气门开启过程对压缩终了缸内涡流运动的影响

首先采用进气道稳流试验和数值模拟方法对两款柴油机进气道的稳态流动进行研究对比,然后利用Converge软件对两款柴油机在标定工况下的进气和压缩过程进行了瞬态数值模拟研究,并对该过程中各个时刻的缸内和燃烧室内涡流运动通过无量纲参数瞬态涡流比来进行分析。结果表明,柴油机实际工作过程中进气道在气门小开度及中等开度下形成涡流的能力对压缩终了时燃烧室内的涡流强弱有很大影响。现有的稳态评价方法不足以体现这一特征,稳态评价方法有待改进。     

螺旋气门的结构优化及对无节气门汽油机燃烧性能的影响

由于进气方式的改变,气道喷射式无节气门汽油机中小负荷时泵气损失显著降低,但燃烧性能却明显恶化.为改善其燃烧性能,本文中设计了一种在进气过程中能产生较强进气涡流的螺旋气门,并使用仿真软件STAR-CCM+对螺旋气门的主要结构参数进行了优化.在稳流气道试验台上测量其进气涡流比和流量系数,证明该螺旋气门在开启升程较小时能产生...