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1、增刊(总第176期)车用发动机Supplement(SerialNo.176)2008年6月VEHICLEENGINEJun.20083气门摩托车汽油机进气流动特性模拟12134黄琪,李云清,张力,李应全,贺泽龙(1.重庆大学机械工程学院,重庆400044;2.北京航空航天大学汽车系,北京100083;3.中国嘉陵工业股份有限公司技术中心,重庆400032;4.重庆科技学院,重庆400010)摘要:应用CFD对具有两个进气道的某3气门125mL单缸汽油机气道内流场进行了数值模拟,在气缸横切面速度分布图上发现两个进气门的下方会形成两个尺度较大的横向空气流动漩涡;同
2、时在纵切面速度分布图上发现明显的纵向气流漩涡流动,获得了不同升程下的进气流量系数;并将计算结果与试验结果进行了对比分析。结果表明,所选模型和计算方法正确,可以利用数值模拟计算代替试验测试得到进气门流量系数。关键词:汽油机;进气道;数值模拟;流量系数中图分类号:TK413.44文献标志码:B文章编号:100122222(2008)S120079204目前,国内125mL及以下排量的小型摩托车数和涡流强度等,其中流量系数是评价气道质量的用汽油机由于受几何尺寸等因素的限制基本都是2重要指标。总的说来,对内燃机气道中气体流动的个气门,即一个进气门,一个排气门,且一般均为
3、高研究方法分为试验研究和数值模拟研究两大类。其速机,其最大转速可达上万转。为进一步改善摩托中试验研究方法有热线风速仪法、激光多谱勒测速车用汽油机换气过程的质量,必须增大充量系数。法、热线探针法和气道稳流试验台;而数值模拟法主而充量系数正是评价内燃机换气过程的一个重要指要有Euler法、Lagrange法及ALE法(任意La2标。由于充量系数在很大程度上取决于气道、气门、grange—Euler法)。由于稳流试验中的气体流动是气缸的几何形状,这些因素也影响气体流动,而且气稳定的气体流动,而实际发动机在工作过程中,活塞体流动十分复杂,为了减少对进气道的试验调试工和气
4、门均在做变速运动,通过气道的气流实际是不作,对进气道内气体流场进行数值模拟,分析气道内稳定流动,两者之间并不存在严格的相似性。目前流动特性,探求气道几何形状结构对气体流动的影数值模拟技术取得了显著的进步,研究时可以采用响规律是非常必要的,并据此对所设计的气道进行数值模拟方法计算流量系数,再与稳流测试进行对[1]性能预测。比。本研究采用三维CFD方法对气门升程不同时[2]王樵等人利用三维CFD对有一个进气道的气道及气缸内的空气流动进行模拟计算,得到气道发动机进气门流量系数进行了计算,并将计算结果的流量系数。与试验结果进行了比较分析,证明了三维CFD计算模拟计算中流
5、量系数的计算基于以下关系式:发动机进气门流量系数是可行的。两进气道发动机QCF=,与单进气道发动机在流动方面存在较大的差异,特Av02别是在小型汽油机上。本研究对正在开发的一款2πdvnA=,进气门1排气门3气门125mL汽油机(具有两个4进气道)进行气道的三维数值模拟,计算不同气门升v0=2Δp/ρ。程下的进气门流量系数。式中,Q为实际空气流量,A为气门座内截面面积,v0为理论进气速度,n为气门数目,Δp为进气道压1研究方法力降,ρ为气门座处气体密度。发动机气道和气缸内的气体流动是高湍流的三2模型建立维流动,为了增加进气量,气道的流动阻力越小越好。气道的质量评
6、价指标主要有流动阻力、流量系建立的几何模型包括进气道、气缸盖及气缸套收稿日期:2008203205;修回日期:2008206202作者简介:黄琪(1974—),男,重庆市人,高级工程师,在读博士,主要从事发动机设计、仿真分析及测试;cquhuangqi@163.com。·80·车用发动机2008年增刊等(见图1)。由于进气道系统是截面曲率和面积变化的复杂管系,要进行三维流场计算,合理构筑三维网格极为重要,网格生成质量直接影响计算精度和收敛性。本模型中,采用FIRE中的FAME模块生成以六面体网格为主的计算网格,并对气门喉口处网格进行了加密。最终模型中总网格数为3
7、0万个左右。图3进气门升程4mm时气缸横切面的速度分布图1计算模型及网格示意图3边界条件及初始条件固定壁面边界:绝热无滑移,固定壁面温度293K;图4进气门升程5mm时气缸横切面的速度分布进出口边界:采用进出口定压差,进口总压100kPa,出口静压97.5kPa;初始条件:采用势流模式实现初始化。4计算结果及分析图2为气道及缸内的压力分布;图3为进气门升程4mm时气缸横切面的速度分布;图4为进气门升程5mm时气缸横切面的速度分布;图5为进气门升程6mm时气缸横切面的速度分布。图5进气门升程6mm时气缸横切面的速度分布由以上3张气缸横切面速度分布图可以发现,在气缸
8、内两个进气门的下方会形成
