发动机螺旋进气道气流模拟

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1、第23卷第6期重庆交通学院学报2004年12月Vol.23No.6JOURNALOFCHONGQINGJIAOTONGUNIVERSITYDec.,2004发动机螺旋进气道气流模拟112陈有方,李朝晖,兰华（1.重庆工学院车辆工程学院，重庆400050；2.重庆建设集团，重庆400050）摘要：在采用分层充气稀薄燃烧技术的汽油机设计中，螺旋气道的设计关键工作，本文提出了一种利用CFD技术进行气道气流模拟的方法，以供同行参考．关键词：螺旋进气道；气流；模拟+中图分类号：TK413.44文献标识码：A文章编号：1001-761X(2004)06-0121-03近年来，分层充气稀薄燃烧技术在汽

2、油机中得力、流速等参数的空间分布，建立气道形状、安装到推广应用，它可以改善汽油发动机燃烧过程，提位置与气体流动规律及其特性的关系，为气道的设高热效率、降低油耗和减少有害污染物排放量.它通计与改进提供依据.尤其是近年来CFD发展越来越常需要进气道与燃烧室配合在缸内产生较强的空气成熟，定量分析计算能力越来越强.本文采用涡流，用于控制混合气的形成和燃烧，因此此类发ANSYS程序中的FLOTRANCFD分析功能对发动动机多采用多气门形式与螺旋进气道.螺旋进气道机进气道进行数值模拟，探讨了气缸内气流运动的是在气门座上方的气门腔里将气流通道做成螺旋涡影响因素，为螺旋对气道的开发提供了基础.这对于壳形

3、，气流通过在气道内的流动以及气道截面的变加快汽油机的技术进步，缩短气道开发周期，提高化，进入气缸后可形成较强的涡流.螺旋气道对发动发动机性能都具有积极的意义.机的换气质量，混合气形成与燃烧有极重要的影响；1几何模型的生成同时又因为其形状复杂，是发动机中设计要求较高的零件.螺旋进气道由进气道口、引导管、最小截面、随着计算机技术的飞速发展，用计算机来设计蜗壳、气门室高度、进气道喉口等要素构成，本文进气道已成为目前的主要手段.发动机气道的CAD以125cc单缸发动机为例，对其螺旋进气道进行设是通过三维造型对气道的复杂曲面进行准确描述，计.螺旋进气道的相关参数选择参见参考文献，具体气道的CFD（

4、ComputationalFluidDynamics）则是数值见表1.通过对气道内气体流动的数值模拟，获得气道内压表1螺旋进气道几何参数导向部分螺旋室部分气门室部分2进气道口截面积S1=1038mm最小开口内喉口直径d＝26.22mm气门头部直径dv=30mm进气口流速40m/s气门室高度H＝15mm气门杆直径dp=5.2mm螺旋角a＝26º气门座圈直径28mm按照表1尺寸，用PROE软件对气道进行了三缸等复杂形状的物体，在网格划分时要完全保持实维几何建模，其结构图如图1示.际流动区域与计算区域的一致有相当大的难度.能够划分出数量合适、足以描述流场的网格，是流场2网格的划分模拟成功的关键

5、.考虑到ANSYS自身的网格划分功网格的划分是一个重要的问题，对于气道，气能不强，本文采用了ICEMCFD软件进行网格划分.收稿日期：2003-12-17；修订日期：2004-03-12作者简介：陈有方（1945—），男，浙江诸暨人，副教授，从事内燃机设计与测试工作.122重庆交通学院学报第23卷的流速矢量图，图3反映了整个流场合速度矢量的变化，从图3（a）中可以看到进气口处气流的速度为20m/s，气道螺旋部分的最大速度约为62m/s；图3（b）进气口处气流的速度为40m/s，气道螺旋部分的最大速度约为79m/s.空气在导向段内速度矢量基本无变化，在气道螺旋段由于气道的收缩和引导，速度矢

6、量变化很大且达到最大值，进入气缸以后由于横截面积的增大，流速又开始逐图1螺旋气道几何模型示意渐减小.ICEMCFD生成四面体网格，并对气阀喉口处网格加密.气阀喉口处局部网格规模为1mm×1mm×1mm，其余部分网格规模为2mm×2mm×2mm.最终模型中单元体数33979，节点数6629.ICEMCFD生成的网格模型可以由ANSYS直接调用，如图2所示.图2ANSYS调用气道网格模型3边界条件的确定计算区域由导向部分、螺旋室部分和气缸3部分，边界条件确定时主要考虑符合实际稳定流动的（a－Vx=20m/s，b－Vx=40m/s）情况.根据文献[2]，现假定进口速度均匀，在所有固图3流场速度

7、矢量图定壁面上采用无滑移边界条件（即所有速度分量都4.2局部流场分析为零）；近壁处采用湍流壁面律.假定流体不可压缩，图4是气门附近气体流速分布图，由于气道本绝热并且其性质为恒值.在此前提下，通过改变进口身形状为螺旋形，所以气流流经气道出来后已经形速度来进行对比分析，具体边界条件参数如表2.成了螺旋气流.表2边界条件3缸径57mm空气密度1.205kg/m-5冲程48.8mm空气粘性1.8135*10kg/m-s气门直径30mm进口速