四缸柴油机排气歧管的设计及内流场分析.pdf

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1、第32卷第5期2015年10月内燃机与动力装置I．C．E＆PowerplamV01．32No．50ct．2015【模拟计算】四缸柴油机排气歧管的设计及内流场分析邹健，吴建财，严金龙(常柴股份有限公司，江苏常州213002)摘要：针对某四缸增压柴油机在低速段扭矩偏小，分析可以通过重新设计排气歧管使这种情况得到改善。使用cFD软件OpenFOAM对原排气管内部流场进行了计算分析，根据分析结果设计了新的双脉冲排气歧管，并对比了两种排气歧管的分析结果。对新排气管进行了装机试验，结果显示在装配了新管后，柴油机在低速段的扭

2、矩有所提升，并且排放也有一定改善。关键词：柴油机；排气管；cFD；OpenFOAM中图分类号：TK422．4文献标志码：A文章编号：1673—6397(2015)05—0042—04DesignandCFDAnalysisofExha吣tMan洳ldina4一CyIinderDieselEngineZOUJian，WUJian—cai，YANJin一10ng(ChangchaiCompanyLtd．，Changzhou213002，China)Abst糟ct：Thetorqueofa4一cylinderturb

3、ocha唱eddieselen舀neatlowspeedwastoosmall-Anewexhaustmanifoldwasdesignedtoimpmvethissituation．Theintemalnowfieldoftheori西nalexhaustmanifoldwascalculatedbyusingOpenFOAM．Accordingtotheresultsoftheanalysis，anewdualpulseexhaustmanifoldwasdesigned，andthecomp撕sonofa

4、nalysisresultsoftwoexhaustmanifoldswasmade．Thetestresultsafterassemblingthenewexhaustmanifoldshowsthatthetorqueatlowspeedincreasedandtheemissionsofthedieselen百newasreduced．KeyWords：DieselEngine；ExhaustManif01d；CFD；OpenFOAM引言在性能试验中发现，某四缸柴油机转速在800—1200r／min时，扭

5、矩偏低，在1200r／min时扭矩为143N·m，需要将该转速下的扭矩提高约20％。分析该柴油机各组件，考虑其排气歧管的结构方面可能是造成该现象出现的主要原因。对该排气歧管进行内部流场计算，并加以分析。1原排气管内部流场分析1．1原排气管结构外形分析原排气管的结构如图1所示，该排气管为典型的渐扩管设计，排气管出口处两路歧管合并为一个总管，流通截面突然扩大。在第4缸歧管上有一EGR管路，为柴油机提供废气循环。为了获得该排气管流通性能参数，对其进行CFD流场计算。图l原排气管外形1．2网格划分及计算参数设置原排气管

6、cFD计算的网格，由专业前处理软件H)rperMesh生成，网格数量为503405，为全四面体网作者简介：邹健(1979一)，男，江苏常州市人，硕士，工程师，从事柴油机的设计开发工作。收稿日期：2015—07—082015年第5期邹健，等：四缸柴油机排气歧管的设计及内流场分析格，壁面添加5层边界层网格，如图2所示。由于排气管出口处存在截面突变，会导致流场不稳定，计算很难收敛，所以把出口进行了延长，分别计算每缸排气时排气管内部空气的流动情况⋯。利用开源软件OpenFOAM进行求解，Open—FOAM是在Linux

7、下运行的开源的计算流体力学类库-2J，完全由C++编写，包括了大量的求解器和工具。网格通过OpenFOAM的转换工具导人，使用0penFOAM的开源GuI—Helyx—OS进行计算文件的编写和参数设置。图2原排气管网格(网格数量503405)计算稳态的各排气歧管定压差边界条件下的流动情况，介质选用空气，密度为1．205kg／m3，不考虑能量方程，进出口边界采用压力边界旧J，进口全压为3．5kPa，出口静压设置为0。使用simpleFoam求解器，其为稳态不可压湍流求解器，湍流模型选用标准七一8模型，模型参数保持

8、默认。计算结果用Pa-raView进行后处理，ParaView是一种开放源代码，多平台的数据分析和可视化应用程序。1．3原排气管计算结果分析图3为各缸歧管的速度矢量图，从图中可以看出，各缸排气时，管内流速都存在突变，主要集中在气流方向突变的拐角处，并且气流方向有两次90度的突变，在各缸排气时都有不同程度存在，这将导致在局部存在较大的能量损失H。o。图4是出口截面的速度等值线图，四种情况