内燃机缸内湍流流动数值模拟——三种κ-ε模型比较

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1、大连理工大学硕士学位论文摘要缸内流场结构和湍流特性的研究是内燃机整个工作过程研究的基础。内燃机缸内气体流动是极其复杂的三维湍流运动，其数值模拟及准确预测是一个迄今尚未圆满解决的课题。研究表明，经适当修正后的涡黏度模型与雷诺应力微分模型相比，模型比较简单，计算成本低，精度上也能满足要求，有利于工程应用。本文将三种湍流涡黏度模型，即标准k．￡模型，RNGk．￡模型和realizablek-￡模型，在二维和三维的情况下，分别对圆柱凹坑型燃烧室和∞型燃烧室内压缩过程的湍流流动进行模拟分析，比较三种模型各

2、自的优缺点，以及它们的适用范围，并对realizablek．￡模型进行深层次的探索。本文完成的主要工作有：对内燃机缸内湍流模型的发展历史和现状做了简要的评述；介绍了上述三种k-6模型的理论基础和数学推导；以内燃机CFD通用软件KIVA．3V为平台，自行编制了为进行realizablek-￡模型计算所需要的子程序，将其纳入KIVA-3V并对后者进行了必要的修改和补充；分别对两种不同形状的燃烧室内压缩过程的湍流流动进行比较系统地模拟计算和分析，得出了缸内平均流场和湍流动能的空间分布及其随时间的演变规

3、律。计算结果与实验数据对比表明：三种模型均能给出比较合理的预测，RNGk．5模型和realizablek．￡模型在强旋流的情况下更加接近真实值，三种模型中，realizablek-￡模型总体上性能最好，但其耗费的机时较多。计算结果还显示，在压缩冲程初期，燃烧室的形状对于湍流特性的影响不大，当活塞运动接近上止点时，则有较大的影响。初始旋流比对于缸内平均流场和湍能水平有显著的影响，发动机转速也有一定影响。关键词：湍流流动；数值模拟；标准k-5模型；RNGk-￡模型；1"ealizablek-5模型内

4、燃机缸内湍流流动的数值模拟——三种k-5模型的比较NumericalSimulationofIn—CylinderTurbulentFlowsofInternalCombustionEngines———comparisonamongthreek一￡modelsAbstractThein-cylinderflowfieldandtheturbulentcharacteristicsarethebasefortheresearchofworkingprocessesofinternalcombust

5、ionen舀nes．GasflowsinthecyHnderofinternalcombustionenginesareinvariablycomplicatedthree．dimensionalandturbulent．NumeriealsimulationandaccuratepredictionoftIlrbulentflowsaleaproblemthathasnotstillbeensolvedsatisfactorilySOfar．ThrotIghcomparingthemodifi

6、ededdy·viscositymodelsmVM)withalgebraicstressmodels(ASM)，investigationshaveindicatedthatthemodifiededdy—viscositymodels(EVM)aresimplerinformulation，andneedlowercostforcomputationthanthealgebraicstressmodels(ASM)．Furthermore，theyCanprovidereasonablepr

7、edictions．andhencearesuitabletoengineeringapplications．nisthesisperformsacomparativestudyOnthreeversionsofeddy-viscositymodels(EVM)，i．e．conventionalk—Eroodel，RNGk·Emodelandrealizablek-Emodel．2．Dand3．Dnumericalcomputationsarecarriedoutfortwodifferentc

8、onfigurationsofcombustionchamberwiththethreek一5models。Emphasisisputontherealizablek-￡model．ThcmainworkscompletedinthethesisiSasfollows：Aconciseoverviewoftheturbulenccmodelsapplicabletointemalcombustionen面nesis舀ven．netheoreticalbasisofthethreeversions