基于AVL_FIRE的汽油机进气道气流运动三维数值模拟

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1、第11卷第6期重庆科技学院学报（自然科学版）2009年12月基于AVL-FIRE的汽油机进气道气流运动三维数值模拟1122李林张力黄琪贺宇东（1.重庆大学，重庆400044；2.重庆科技学院，重庆401331）摘要:利用三维流体动力学软件AVL-FIRE模拟计算YBR125汽油机进气道的气流运动，显示气道稳流试验台条件下的三维空气流动状况。气道流动性能评价参数计算与试验结果表明，相对误差在允许范围之内，数值模拟的精度较高。关键词:汽油机;进气道;三维数值模拟;流量系数中图分类号：TK413.44文献标识码：A文章编号：1673-1980（2009）0

2、6-0125-03汽油机缸内的气流运动影响到汽油机的燃烧过1.2边界条件程，以及发动机的性能和排放水平,而发动机进气道的固定壁面边界，设定为绝热，无滑移，采用标准流动特性会在很大程度上决定缸内的气流运动状况。壁面函数。入口边界采用稳流试验测量值，给定进气22本文利用三维流体计算软件AVL-FIRE,对YBR125总压P为97300Pa，温度为300.5K，湍动能为1m／s，湍汽油机进气道进行CFD模拟并将结果与气道稳流试流长度比例系数为0.001m，出口边界给定静压为验对比，从而对气道的流动性能进行全面分析。87.3kPa，与试验一致。1.3初始化条

3、件1进气道的三维数值模拟3设初始化压力p为97300Pa，密度ρ为1.13kg/m，1.1几何模型及网格划分温度T为300K。选择初始化模式为有势场,以加快稳计算用的几何模型包括稳压箱、进气道、气门态计算中的迭代速度。座、气门和模拟气缸，其中气缸长度取缸径的2.5倍。本文选择中心差分法对流动方程进行离散求解。应用FAME技术，自动生成FameAdvancedHybrid网2计算结果分析格。在不同气门升程下，分别对稳压箱-进气道-燃烧室-模拟气缸进行网络划分，同时对敏感部位（如气道气缸纵切面速度分布如图2～图6所示。气门、气门座等）进行网格细化，各组网

4、格数约为70万（如图1所示）。图1计算网格图21mm升程时气道气缸纵切面速度分布收稿日期：2009-05-07作者简介：李林(1982-)，男，重庆开县人，重庆大学机械工程学院硕士研究生，研究方向为内燃机工作过程数值模拟。·125·李林，张力，黄琪，贺宇东：基于AVL-FIRE的汽油机进气道气流运动三维数值模拟由气道气缸纵向切面速度分布图可知，气流经气道进入气缸后，经排气门侧燃烧室壁面和缸壁向下的进气气流在缸内形成的一个明显的纵向漩涡。气缸横切面的速度分布如图7~图11所示。图32mm升程时气道气缸纵切面速度分布图71mm升程气缸横切面的速度分布图4

5、3mm升程时气道气缸纵切面速度分布图82mm升程时气缸横切面速度分布图54mm升程时气道气缸纵切面速度分布图93mm升程时气缸横切面速度分布图65mm升程时气道气缸纵切面速度分布图104mm升程时气缸横切面速度分布·126·李林，张力，黄琪，贺宇东：基于AVL-FIRE的汽油机进气道气流运动三维数值模拟表1流量系数计算值与试验值的比较气门升程计算值试验值相对误差值1mm升程0.1160.14218.8%2mm升程0.2610.2734.5%3mm升程0.3880.3891.1%4mm升程0.5010.4853.3%5mm升程0.5950.5714.2

6、%4结论用CFD技术模拟YBR125汽油机进气道及缸内流场，获得了各升程下的流量系数，与试验所测数据图115mm升程时气缸横切面速度分布趋于一致。相对误差在允许范围以内，表明CFD模拟由以上气缸横向切面速度分布图可知，在气缸已经有了相当高的精度。由于稳流试验无法得到大内进气门的下方形成了两个尺度较大的横向空气流量的三维流场信息，因此可以用CFD数值模拟进行动漩涡，随着气门升程的加大，漩涡的速度增加，动发动机气道的开发与设计，不但节省大量的人力、物能变大。力，且具有较高的可行性。3计算结果与稳态试验结果对比参考文献用稳态流动试验法检测、试验内燃机进气道

7、的[1]HaddedO,DenbrattI.TurbulenceCharacteristicsofTum-流量系数、涡流比、滚流比等流动特性参数来评价气blingAirMotioninFour-valveS.I.EnginesandTheirCor-道的性能是国内外广泛采用并行之有效的方法，其relationwithCombustionParameters[G].SAE910478.[2]王志,黄荣华.基于CAD/CAM/CFD的发动机气道研究[J].对保证内燃机的动力性、经济性和排放性能起着至内燃工程，2003，24（3）：26-29.关重要的作用

8、。FIRE对气道气缸内空气流动进行模[3]李隆键,余涛,张小燕,等.四气门发动机进气流动特性的数拟计算，得到