基于STAR-CCM+和AMEsim的喷油器三维一维耦合仿真分析

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1、STAR2013中国用户大会论文集基于STAR-CCM+和AMEsim的喷油器三维一维耦合仿真分析王勇，夏兴兰，王胜利，刘敏，李康宁，杨鹿（中国第一汽车股份有限公司无锡油泵油嘴研究所，无锡，214063）Tel：15861686627，Email：wangy@wfieri.com摘要：建立喷油器一维三维耦合计算模型，可以详细分析油嘴部分几何结构改变对喷油器整体性能的影响。本文采用STAR-CCM+和AMEsim软件，建立某型号喷油器三维一维耦合仿真模型。在AMEsim软件中建立该型号喷油器的一维模型，同时，在ST

2、AR-CCM+软件中建立了喷油器油嘴三维动网格计算模型。分析了该型号喷油器在小油量工况和大油量工况下的喷油规律、针阀升程，通过与实测数据对比得出：小油量工况下，耦合计算喷油量与实验测量值相差较大；大油量工况下，耦合计算喷油量与实验测量值十分接近。分析认为通过修改三维油嘴计算模型，实现油嘴部分的完全关闭，可以改善耦合计算结果。关键词：STAR-CCM+，AMEsim，喷油器，油嘴，一维三维耦合0前言随着汽车工业的不断发展，柴油机共轨喷油器的喷射压力也随之越来高，许多厂家已经开始生产2000~2500bar喷射压力的

3、喷油器，而2500bar以上超高压喷射压力的喷油器也成为许多厂家的研究目标。高的喷射压力允许喷油器使用更小的喷孔，从而改善柴油在缸内的雾化效果，以达到优化缸内燃烧过程，降低排放，改善油耗的目的[1]。通过建立油嘴部分三维CFD计算模型，可以详细分析喷油器油嘴部分几何结构对喷油特性的影响。同时，由于油嘴针阀的运动是由作用在针阀顶部和底部锥面的压力所决定的，而作为三维CFD计算的边界条件，该处的压力是无法通过实验测量的。AMEsim是一款功能强大的一维液力性能仿真软件，采用AMEsim软件可以搭建喷油器整个系统的详细

4、一维液力计算模型，通过该模型可以计算分析喷油器各处的压力变化情况，但该软件在计算喷油器油嘴部分时，进行了相应的一维简化，对某些特殊结构的油嘴不能较好的考虑其几何结构改变对喷油性能的影响[2]。在STAR-CCM+软件中提供了与AMEsim软件耦合的直接接口，因此，在STAR-CCM+中建立油嘴部分的三维CFD计算模型，同时，在AMEsim中建立相应喷油器整个系统的一维液力模型。通过两个软件的耦合计算，可以获得三维计算所需的边界条件，并能详细考虑油嘴几何结构改变对喷油特性的影响。1一维计算模型1.1喷油器基本参数本

5、文所研究的是一款适用于高压喷射的柴油共轨喷油器，如表1所示，为某型号喷油器基本参数；如图1所示，为该型号喷油器三维几何模型。表1某型号喷油器基本参数参数值喷孔数8喷孔孔径0.16mm针阀最大升程0.35mm针阀座面密封直径2.0mm针阀密封锥面角度30.0deg针阀座密封锥面角度29.0deg王勇，中国第一汽车股份有限公司无锡油泵油嘴研究所，计算研究部，15861686627STAR2013中国用户大会论文集图1某型号喷油器三维几何模型1.2喷油器一维计算模型对该型号喷油器进行分析，建立该型号喷油器一维AMEsi

6、m计算模型，如图2所示，为该型号喷油器一维AMEsim计算模型。该模型包括了喷油器所有工作元件，通过该模型可以计算分析整个喷油器的一维液力性能[3]。图2某型号喷油器一维AMEsim计算模型在AMEsim的建模中，对油嘴部分的几何结构进行了相应的简化，将油嘴部分简化为相应位置的节流作用，由于简化的结构和方法有限，针对实际生产中变化复杂的结构，无法精确的简化各种结构。因此，采用三维CFD计算软件，按照实际几何结构建立计算模型，能很的反应出几何结构变化对喷油特性的影响。2三维计算模型2.1三维模型的建立本文采用STA

7、R-CCM+软件中morphing功能，实现了对油嘴针阀的动网格建模与计算。为在STAR-CCM+软件中实现对针阀动网格的建模，本文先对油嘴结构相对简单的A型号STAR2013中国用户大会论文集喷油器油嘴进行建模。如图3所示，为A型号喷油器油嘴1/8结构化网格。结构化网格建立在油嘴最小间隙为0.01mm位置，通过morphing的功能拉伸至最大升程0.35mm，实现了油嘴动网格的建模。图3A型号喷油器油嘴1/8结构化网格2.2三维计算结果分析为在STAR-CCM+中实现对油嘴的三维CFD计算，需要对三维计算条件进

8、行设置，如表2所示，为三维CFD计算条件设置。表2三维CFD计算条件设置名称设置入口压力1600bar出口压力5bar针阀升程图4所示时间步长/物理时间1.0e-05s/0.0039s网格数量58162计算中针阀的运动规律为给定升程曲线，为分析计算的稳定性，针阀升程给定为两个循环的运动，如图4所示，为针阀运动升程曲线。图4针阀运动升程曲线按表2所示的计算条件进行设置后，采