汽車發(fā)動機進排氣系統(tǒng)的CFD分析及結構優(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構進行測量，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格技術以及局部劃分的非結構化網格技術，使網格變化與氣道、氣門及缸內的結構相適應。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)數值模擬研究，得到了其內部的壓力場、速度場、湍動能場的分布。根據計算分析發(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，因此進氣過程中產生了渦流現(xiàn)象。
　　 2、通過對進氣過程中缸內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，氣缸內產生的旋流是自上而下發(fā)展的，在接近活塞處慢慢消失。
　　 3、應用CFD對模擬結果進行分析評價，找出原結構中不