某柴油机缸内流动数值分析.pdf

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1、第4期2015年8月内燃机InternalCombustionEnginesNo．4Aug．2015某柴油机缸内流动数值分析I、子华。许涛(安徽江淮汽车股份有限公司，安徽合肥230601)摘要：通过CFD软件FIRE对某型柴油机的缸内流动过程进行了数值模拟，通过计算得到了气流在缸内的分布情况、缸压值以及涡流比，并对燃油的雾化能力进行了评估。关键词：缸内流动；涡流比；雾化中图分类号：TK421文献标识码：A文章编号：1000—6494(2015)04—0055—03NumericalSimulationonIn-cylinderFlowofDieselEngineBUZih

2、ua，XUTao(AnhuiJianghuaiAutomobileCo．，Ltd．，Hefei230601)Abstract：Thisarticlehadanumericalsimulationonin——cylinderflowofacertaindieselenginebyusingCFDsoftware--FIRE．Someresultswerecalculated，suchasgasflowin-cylinderdistribution，cylinderpressureandmeanswirlnumber．AtlastfuelevaporationWasevalu

3、ated．Keywords：in-cylinderflow；meanswirlnumber；evaporation0前言近年来，随着世界范围内的能源危机，以及排放法规的日益严苛，如何有效改善发动机的动力性、经济性，降低有害排放物正成为各大汽车厂商研究的课题。尤其对于柴油机而言，对柴油机缸内流动过程的研究变得必不可少。随着CFD技术的发展，相关仿真软件的成熟以及计算精度的不断提高，目前对于柴油机缸内流动的分析主要通过CFD软件完成。我们将借助于AVL公司开发的软件FIRE对某型直喷式柴油机缸内流动进行数值模拟，并对其关键参数进行评估。1计算模型搭建1．1网格模型计算网格由F

4、IRE的前处理器FAMEADVANCEDHYBRID完成，整个计算域包括部分进气歧管、进排气道以及气缸组成，见图1。计算域包含部分进气歧管的原因是为了在进入进气道之前得到准确的流动分布。作者简介：卜子华(1983一)，男，安徽合肥人，助理工程师，主要从事发动机研发工作。收稿日期：2015—03—10口图l计算域网格图1．2边界条件边界条件来源于一维仿真，通过BOOST计算得到。仿真从排气门开启时算起，当气门升程为0．2mm时，认为气门刚好开启。曲轴转角／。CA图2进口边界条件内燃机2015年8月曲轴转角／℃A图3出口边界条件图2、图3所示的是计算模型进出口的边界条件，即进

5、气道的进口和排气道的出口。为了保证计算的收敛性，还需在关键部位给出壁面的温度，见表1。表1关键部位壁面温度项目壁面温度，℃火力面排气道排气门排气门头部进气歧管进气道进气门进气门头部活塞缸孔上部缸孔下部此外，还需定义喷雾模型，见表2。表2喷雾模型项目数值1O．12115348．15730喷嘴数目喷孑L直径／mm喷射角度／(o)燃油质量／(毫克·工作循环。)喷射起始角度／(。)喷射持续期“。)1．3计算设置本文中计算设置为可压缩性，湍流模型选择k-zeta—f方程，能量方程激活总焓，激活动量守恒方程和质量守恒方程，为防止计算发散，激活二阶压力修正，壁处理和热传递模型分别选择标

6、准壁函数和标准壁模型。差分方程的设置如下：动量方程为MINMODRelaxed，柔和因子设为0．9，质量守恒方程为中心差分方程，柔和因子设为1，湍流方程、能量方程、标量方程均设为迎风格式。2计算结果分析2．1排气流动图4、图5所示的是曲轴转角分别为160℃A和260oCA时，排气在排气门附近的流动情况。在排气行程的前期(曲轴转角160oCA时)，气流是沿着排气道的壁面流动的，而在气门附近的气流较少。尽管此时排气流量较小，但是由于气门开度较小，气门头部与排气道之间的距离较小，导致此处流通面积较小，因此，产生了较大的流速，最高达蛰I900m／s。蛩4速度场分布云图f曲轴转角1

7、60℃A)j冬l5速压!场分心j上il冬j(

8、

9、}1鼾“转ffl260。【：A)随着排气门的逐渐开启，气门与排气道之间的距离越来越大，流通面积也越来越大。在曲轴转角260℃A时，排气门升程最大，此时排气流量也最大。但是由于流通面积变大，最高流速较曲轴转角160℃A时有了明显的降低，最大速度仅为200m／s。在气道折弯处出现明显的流动分离，此时气流主要包围在排气门附近，沿着排气门进入缸内燃烧。2．2缸压为了考察计算的准确性，一般将一维BOOST计算的缸压值和三维仿真的结果进行对比，见图6。从图中可以看出，两者具有较好的吻合度。仅