基于AVL FIRE的发动机进气道三维流场数值模拟研究.pdf

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1、第6期2013年12月内燃机111temalCornbustionEnginesNo.6Dec.2013基于AVLFIRE的发动机进气道三维流场数值模拟研究徐鹏,关世玺,朱铭(中北大学机电工程学院,山西太原030051)摘要:利用软件AVLFIRE对4个不同气门升程下进气道的流动特性进行分析研究,揭示某发动机进气道及缸内的流动特性,得出各升程下气体流动的流线图、湍动能、速度等值线图及流量系数和涡流比,直观地表明了进气过程气道及缸内的流动特性,为进气道性能优化、评价和再设计提供了方法和依据。关键词:发动机;进气道;CFD;三维数值模拟中图分类号:

2、TK402文献标识码:A文章编号: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汽油机气道内气体的流动是三维、非定常、伴随传热和摩擦等现象的可压缩气体流动,缸内气体的流动影响点火以及火焰传播速度,进而影响发动机的动力性、经济性和排放性能”上1。由于进气道形状的多样性及气体流动的复杂性,通过试验我们不能定量地得到全面的流动特性。鉴于

5、cFD技术的种种优点,它能直观地给出气道和缸内流动的完整流动特性,计算得出需要的各个参数,且花费小,周期短,适用性强口1。为此,我们对某发动机的进气系统进行cFD模拟研究,得出各个气门升程下的流动特性,并对其进行全面的分析研究。1进气道三维数值模拟作者简介:徐鹏(1987一),男,江苏涟水人,硕士研究生,研究方向为发动机现代制造技术。收稿日期:2叭3—06—06流动控制方程及湍流方程的选取连续性方程为:鲁+去(瓦)=o式中,f为时间;薯(/=1,2,3)为坐标;p为密度;址为气流速度在三个坐标上的分量;各物理量上的“一”表示时均值。动量方程为:

6、去(万·虿·虿+万·再i)+茜(司+器一万‘g裔=o式中,p为气体压力;r。为作用在与f方向垂直的,方向上的应力;g为重力加速度。能量方程为:鲁(西)嗉(万·虿·i+万一河)-茜匮茜卜茜cV¨一害一s-o第6期徐鹏,等:基于AVLFIRE的发动机进气道三维流场数值模拟研究式中,&为能量方程的源项,^为气体的比焓,万:瓦.于+去i2。’ZP状态方程JD2丽式中,R为气体常数,丁为气体温度。常用的湍流模型有很多,鉴于七一s双方程(湍流动能和耗散率方程)模型具有很高的计算精度,且能达到预期的结果。于是我们采用七一s双方程模型。1.2边界条件的设定我们

7、采用固定壁面边界,假定为绝热的,无滑移,边界层采用标准壁面函数,壁面温度边界设为定温293.15K。进出口边界取压力差3kPa,即进口为标准大气压,总压设为100kPa;出口取静压97kPa。气道内气体的流动是三维可压缩粘性流动,气流成分取标准空气。压力为98kPa,密度为1.16481k∥m3,温度为293.15K,选择初始化模式为有势场。我们选择中心差分法对流动方程进行离散求解【41。2气道流动特性的评价方法进气道的设计对发动机的影响是非常重要的,在进气道的设计中,人们总结出两个定量描述进气道特性的参数,一个是流量系数,一个是涡流腋流比。其

8、中流量系数直接决定着气缸的充气量,而涡流/滚流比决定着缸内混合气的形成、发展、燃烧扩散的速度及稳定性。2.1流量系数无因次流量系数为:从=薏式中,朋为

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