基于cfd数值模拟某乘用车排气系统设计

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1、基于CFD数值模拟某乘用车排气系统设计黄名宗王伟伟刘淑玉谢志清上汽通用五菱汽车股份有限公司技术中心摘要：采用数值计算与实验验证相结合的方法，对某款乘用车的排气系统进行开发设计。以排气背压为主要评判准则，通过FLUENT对初步设计的两套方案进行数值模拟，发现方案二的背压优于方案一;将样件搭载到发动机台架做验证，发现只有方案二满足发动机背压要求;对方案二进一步做噪声测试，结果表明，总声压及各阶次噪声均没有超过目标曲线，满足整车性能要求。关键词：排气系统;CFD;实验验证;设计;作者简介：黄名宗（1988-），男，广西南宁人，上汽通用五菱汽车股份有限

2、公司排气系统工程师，硕上研究牛，从事排气系统设计工作。ExhaustSystemDesignforthePassengerCarBasedonCFDSimulationHUANGMing-zongWANGWei-weiLIUShu-yuXIEZhi-qingTDC,SAICGMWulingAutomobileCo.,Ltd.;Abstract：Apassengercarexhaustsystemisdesignedwithcomputationalfluiddynamics(CFD)simulationandexperimentverifica

3、tion.TwosetsofpreliminarydesignschemesaresimulatedwithFLUENTandfoundthatthebackpressureofschemeIIisbetterthanschemeIbasedonexhaustbackpressureasthemainevaluationcriteria.OnlyschemeIIcansatisfythecngincbackpressurercquircmentswhensamplesarccarriedoncnginctestbenchforauthentic

4、ation.Furthermore,theresultofschemeIIofnoisetestshowsthatthetotalsoundpressureandeachordernoiseareunderthetargetcurve,meetingtheperformancerequirements.Keyword：exhaustsystem;CFD;experimentalverification;design;0引言新开发一款乘用车，该乘用车是在某款已量产车型的基础上改进而来;采用数值模拟与实验相结合的方法开发该乘用车的排气系统，不仅可以

5、减小试验量，缩短设计周期，还可提高开发效率，降低设计成本［口。文章阐述某款乘用车排气系统在满足排气背压的前提下，基于实验和CFD分析的开发设计过程。1设计方案排气系统包括排气歧管、三元催化转化器、柔性节、主消声器、副消声器及管道等。工程上习惯将从排气门到三元催化器的部分称为排气系统热端;三元催化器以后至排气尾管称为排气冷端。新开发车型的底盘与量产车的基本相同，只是为了给油箱腾空间而做了小幅度更改;为减少排气系统试验量，缩短设计周期，降低设计成本，实现零件模块化、平台化，初始方案是:新开发车型的排气系统尽可能的借用量产车型的设计。初步设计两种方案

6、，排气系统热端均完全借用量产车型;柔性节、前消声器及其连接管道限于底盘布置空间，无法改动，故也采取借用策略;前消声器后段管道及后消声器则根据底盘布置做适应性更改，注意避让油箱及其他底盘零件，并保持足够的安全间隙。前消声器后段管道及后消声器的初步设计结构与布置方案如图1所示。方案二与方案一相比，作了以下改动:方案二的前消后段管向油箱右侧偏移，从油箱右侧经过，不从油箱下方经过;后消声器向尾管方向移动了120mm,第三腔长度增加30価;减少插入管的穿孔数，孔径减小4価，排出管上增加6圈直径3mm的小圆孔，尾管的长度缩短200mm□图1前消后段管及后消

7、总成初步设计方案下载原图2流场分析因两套设计方案只有前消声器后段管道及后消声器部装总成的结构不同，故进行数值模拟时，只分析此二者内部流场的差异，以观察所设计的方案是否满足排气系统性能要求。利用三维软件曲面抽取技术将流体模型从结构模型中抽取出来，为便于网格划分及运算求解，对三维流体模型做一定的简化:忽略各管道接口及法兰处的间隙,忽略隔盘与消声器接合处的导角，忽略后消声器上的排水孔。经过简化后，得到的三维流体模型如图2所示。图2前消后段管及后消总成三维流体模型下载原图2.1网格划分后消声器的隔盘及穿孔管有许多细小的孔，不易划分结构网格;文章采用八叉

8、树的划分方法，对流体模型进行网格划分，网格类型为四面体网格，对隔盘及带孔的内插管做局部加密处理，网格尺寸以满足工程计算精度为依据;对管道壁面和消声器壁