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1、第6期2013年12月內(nèi)燃機(jī)111temalCornbustionEnginesNo．6Dec．2013基于A(yíng)VLFIRE的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道三維流場(chǎng)數(shù)值模擬研究徐鵬，關(guān)世璽，朱銘(中北大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，山西太原030051)摘要：利用軟件AVLFIRE對(duì)4個(gè)不同氣門(mén)升程下進(jìn)氣道的流動(dòng)特性進(jìn)行分析研究，揭示某發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道及缸內(nèi)的流動(dòng)特性，得出各升程下氣體流動(dòng)的流線(xiàn)圖、湍動(dòng)能、速度等值線(xiàn)圖及流量系數(shù)和渦流比，直觀(guān)地表明了進(jìn)氣過(guò)程氣道及缸內(nèi)的流動(dòng)特性，為進(jìn)氣道性能優(yōu)化、評(píng)價(jià)和再設(shè)計(jì)提供了方法和依據(jù)。關(guān)鍵詞：發(fā)動(dòng)機(jī)；進(jìn)氣道；CFD；三維數(shù)值模擬中圖分類(lèi)號(hào)：
2、TK402文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1000—6494(2013)06—0012—03ThreeDimensionalFlowFieldNumericalSimulationofEngineIntakePortBasedonAVLFIREXUPeng，GUANShixi，ZHUMing(ElectromechanicalengineeringInstitute，NonhCentralUniversity'Taiyuan030051，China)Abstract：Flowcharacteristicsofintakeponin4di￡ferentv
3、alvelmareanalyzedbyusingAVLFIREsoftware，whichrevealsnowcharactedsticsofcertainengineimakeportandin—cylinder．Gasnow，turbulenceenergy，speedisopletllmap，ratioofnowcoemcientandswirlrateareachieved，whichshowintuitivelythatnowcharacteristicsofportandin—cylinderduringintakeandsuppl
4、ymethodsandbasisforperfbrnlanceoptimization，evaluationandredesignofintakeport．Keywords：en西ne；intakepon；CFD；three—dimensionalnumericalsimulation0前言1．1汽油機(jī)氣道內(nèi)氣體的流動(dòng)是三維、非定常、伴隨傳熱和摩擦等現(xiàn)象的可壓縮氣體流動(dòng)，缸內(nèi)氣體的流動(dòng)影響點(diǎn)火以及火焰?zhèn)鞑ニ俣?，進(jìn)而影響發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性能”上1。由于進(jìn)氣道形狀的多樣性及氣體流動(dòng)的復(fù)雜性，通過(guò)試驗(yàn)我們不能定量地得到全面的流動(dòng)特性。鑒于
5、cFD技術(shù)的種種優(yōu)點(diǎn)，它能直觀(guān)地給出氣道和缸內(nèi)流動(dòng)的完整流動(dòng)特性，計(jì)算得出需要的各個(gè)參數(shù)，且花費(fèi)小，周期短，適用性強(qiáng)口1。為此，我們對(duì)某發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)行cFD模擬研究，得出各個(gè)氣門(mén)升程下的流動(dòng)特性，并對(duì)其進(jìn)行全面的分析研究。1進(jìn)氣道三維數(shù)值模擬作者簡(jiǎn)介：徐鵬(1987一)，男，江蘇漣水人，碩士研究生，研究方向?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)現(xiàn)代制造技術(shù)。收稿日期：2叭3—06—06流動(dòng)控制方程及湍流方程的選取連續(xù)性方程為：魯+去(瓦)=o式中，f為時(shí)間；薯(／=1，2，3)為坐標(biāo)；p為密度；址為氣流速度在三個(gè)坐標(biāo)上的分量；各物理量上的“一”表示時(shí)均值。動(dòng)量方程為：
6、去(萬(wàn)·蠆·蠆+萬(wàn)·再i)+茜(司+器一萬(wàn)‘g裔=o式中，p為氣體壓力；r。為作用在與f方向垂直的，方向上的應(yīng)力；g為重力加速度。能量方程為：魯(西)嗉(萬(wàn)·蠆·i+萬(wàn)一河)-茜匱茜卜茜cV¨一害一s-o第6期徐鵬，等：基于A(yíng)VLFIRE的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道三維流場(chǎng)數(shù)值模擬研究式中，&為能量方程的源項(xiàng)，^為氣體的比焓，萬(wàn)：瓦．于+去i2?！痁P狀態(tài)方程JD2麗式中，R為氣體常數(shù)，丁為氣體溫度。常用的湍流模型有很多，鑒于七一s雙方程(湍流動(dòng)能和耗散率方程)模型具有很高的計(jì)算精度，且能達(dá)到預(yù)期的結(jié)果。于是我們采用七一s雙方程模型。1．2邊界條件的設(shè)定我們
7、采用固定壁面邊界，假定為絕熱的，無(wú)滑移，邊界層采用標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)，壁面溫度邊界設(shè)為定溫293．15K。進(jìn)出口邊界取壓力差3kPa，即進(jìn)口為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，總壓設(shè)為100kPa；出口取靜壓97kPa。氣道內(nèi)氣體的流動(dòng)是三維可壓縮粘性流動(dòng)，氣流成分取標(biāo)準(zhǔn)空氣。壓力為98kPa，密度為1．16481k∥m3，溫度為293．15K，選擇初始化模式為有勢(shì)場(chǎng)。我們選擇中心差分法對(duì)流動(dòng)方程進(jìn)行離散求解【41。2氣道流動(dòng)特性的評(píng)價(jià)方法進(jìn)氣道的設(shè)計(jì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的影響是非常重要的，在進(jìn)氣道的設(shè)計(jì)中，人們總結(jié)出兩個(gè)定量描述進(jìn)氣道特性的參數(shù)，一個(gè)是流量系數(shù)，一個(gè)是渦流腋流比。其
8、中流量系數(shù)直接決定著氣缸的充氣量，而渦流／滾流比決定著缸內(nèi)混合氣的形成、發(fā)展、燃燒擴(kuò)散的速度及穩(wěn)定性。2．1流量系數(shù)無(wú)因次流量系數(shù)為：從=薏式中，朋為
