发动机进气道与进气歧管耦合cfd分析2009

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1、发动机进气道与进气歧管耦合CFD分析20092009年CDAJ－China中国用户论文集发动机进气道与进气歧管耦合CFD分析CFDCouplingSimulationoftheIntakePortsandManifoldinanEngine徐莉蔡志强王伟民（东风汽车公司技术中心湖北武汉430056）摘要：为了研究进气道、进气歧管和两者耦合系统性能之间的关系，本文利用STARCCM+软件对四气门汽油机进气道与进气歧管的耦合系统、进气道与进气歧管进行了三维数值模拟计算，并相应地分别进行了试验验证，进而对耦合系统的流量系数和最大不均匀度进行了分析、探

2、讨。关键词：发动机、STARCCM+、流量系数、最大不均匀度Abstract:Tostudytheperformancerelationshipamongtheintakeports,theintakemanifoldsandthecouplingsystemincludingtheintakeportsandtheintakemanifoldsofafour-valvegasolineengine,thethree-dimensionalnumericalsimulationsofairflowinacouplingmodelandindep

3、endentintakeportsandmanifoldswereperformedwithSTARCCM+software.Theexperimentswerecompletedtovalidatethesimulationresults,andtheflowcoefficientandthemaximumunevennessofthecouplingsystemhavebeenanalyzedanddiscussed.Keywords:Engine、STARCCM+、Flowcoefficient、Maximumunevenness1引言发

4、动机进排气系统的气体流动特性复杂，影响发动机的充气效率和换气损失，对发动机的动力性和经济性有重要影响。进气道结构复杂，关键部位尺寸对进气流动影响很大。流量系数大小可以评价进气道的流通性。对于多缸发动机，各缸进气不均匀性直接影响各缸空气与燃油的混合程度，从而影响燃烧过程的组织。本文将进气道和进气歧管进行耦合，利用STARCCM+软件进行三维流动模拟计算，得出了进气道、进气歧管和两者耦合系统的流量系数和最大不均匀度，并与试验结果进行对比分析。2耦合系统模型2.1三维CAD模型用CATIA软件建立的进气道与进气歧管耦合CAD模型如图1所示。该耦合模型

5、由进气歧管（包2009年CDAJ－China中国用户论文集括inlet、稳压腔、谐振腔和四个歧管）、进气道、进气门、燃烧室顶、气缸和四个出口组成。图1进气道与进气歧管耦合CAD模型2.2网格模型计算网格模型采用网格生成工具STARCCM+划分，如图2和图3所示。为保证与耦合系统稳流试验情况一致，模拟计算只单独考虑某一出口outlet的情况。面网格采用包面(wrapper)技术，包面后三角面（faces）约为270万，棱边（edges）约为15万；重新划分表面网格（remesher）后三角面（faces）变为32万，棱边（edges）则约为110

6、00；基于重新划分表面网格（remesher）生成的多面体网格总数大约为90万，尺寸在0.5mm~6mm之间。图3给出了气道中气门和气门导管处的网格加密，并设置边界条件，inlet为入口滞止边界，各气缸出口端面设定为压力出口边界，其它均为壁面边界。图2耦合模型面网格图3耦合模型体网格2009年CDAJ－China中国用户论文集2.3数学模型2.3.1流动控制方程连续性方程..ρt+..x(ρ.uj)=0（1）j式中，t为时间；xj为（j=1,2,3）坐标；ρ为气体密度；uj为气流速度在三个坐标上的分量；各物理量上的“-”表示时均值。动量守恒方程

7、..t(ρ.ui)+..x(ρ.uj.ui+ρ.ui'u'j.τij)+..xp.ρ.g

8、xxi

9、=0（2）ji式中，p为气体压力；τ为作用在i方向垂直平面上的j方向上的应力；g为重力加速度。ij能量守恒方程..t(ρ)+.h..jx(ρ.ju+.hρ)''..juh..jx[pcλ..jxh]...jx)(.iijuτ..tp.hS=0（3）式中，h为气体比焓；pc为比定压热容；Sh为能量方程的源项；h=pcT.+221iu。2.3.2湍流模型选用k.ε双方程模型来模拟耦合系统流场内的湍流。该模型属于涡粘性耗散模型，对湍流的模拟基于Bouss

10、inesp假设，隐含湍流是各向同性的，其计算稳定性高。式（4）中，k为湍流脉动动能；ε为耗散率；Cμ为常数0.09。'32k=u2i2;ε=Cμ34k