某汽油发动机排气歧管的CFD仿真分析.pdf

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1、第3期2015年6月内燃机InternalCombustionEnginesNo．3Jun．2015某汽油发动机排气歧管的CFD仿真分析邱若友，张应兵，田国庆，张超，陈友祥(安徽江淮汽车股份有限公司技术中心，安徽合肥230601)摘要：使用FAME生成以六面体为主的计算网格，然后通过CFD软件计算额定工况点的排气歧管内部的气体流动情况。通过计算得出，排气歧管四个支管段压力损失较大。新方案支管压力和排气歧管总压力均满足要求，且各缸之间不会相互窜气。关键词：CFD；排气歧管；压力；窜气中图分类号：TK412文献标识码：B文章编号：1000—6494(2015)03—0053—03TheC

2、FDSimulationAnalysisonaGasolineEngineExhaustManifoldQIURuoyou，ZHANGYingbing，TIANGuoqing，ZHANGChao，CHENYouxiang(AnhuiJianghuaiAutomobileCo．，Ltd．，Hefei230601，China)Abstract：Inthispaper,weusetheFAMEtogeneratecomputationalmesh，throughtheCFDsoftware，tocalculatethegasflowratedoperatinginsidetheexhaus

3、tmanifold．Throughthecalculation，therehashighpressurelossinfourpipesoftheexhaustmanifold．Anewschemeofbranchpipepressureandtotalpressureoftheexhaustmanifoldsatisfiestherequirementsofeachcylinder，andcannotbemutuallygaschanneling．Keywords：CFD；exhaustmanifold；pressure；gaschanneling0前言带催化器的紧耦合式排气歧管内部

4、流场的气流特性对发动机性能，尤其是排放指标的达成非常关键。气流特性直接影响到发动机动力性和催化器的转化效率。由于催化器是紧耦合式的，所以我们分析排气歧管时需同时包含催化器部分，评价排气歧管内部各段的气流压力分布情况和各缸之间是否存在相互窜气。1模型建立1．1三维模型由于该排气歧管为紧耦合式，因此分析排气歧管的速度均匀性系数时必须将排气歧管和催化器作为一个整体进行分析。新方案和原方案相比，4个缸的排气支管形状发生了变化，且催化器后的排气总管方向进行了优化。排气歧管结构图见图1。1．2网格划分使用FAME生成以六面体为主的计算网格。作者简介：邱若友(1982一)，男，山东即墨人，工程师，

5、主要从事汽车发动机研发工作。收稿日期：2015—01—08催出口(a)原方案管(b)新方案图1排气歧管结构图(a)排气歧管网格图(h)氧传感器周边lx目格图2模型网格示意图原方案排气歧管体网格见图2，划分的段长见图2(a)，优化后的排气歧管的各段位置与此相同。考虑到氧传感器附近壁面附近的边界层影响，为了获得更加准确的计算精度，在氧传感器附内燃机2015年6月近壁面上生成一层加密网格，见图2(b)。1．3设置求解参数排气歧管内气体压力与气体流速耦合，我们选择SIMPLE算法，采用一阶隐式迎风离散时间格式。设定排气歧管内空气为理想气体，且气体流动为可压缩粘性流动，湍流模型为扣￡了方程。使

6、用混合壁面描述壁面附近边界层流体速度、压力等的分布，且要求贴近壁面的网格的Y十值在11～200之间。1．4边界条件发动机工作可分为怠速工况、部分负荷工况、额定工况。对于排气歧管而言，如果额定工况点满足要求，其它工况也会满足要求。因此，我们只需分析额定工况的最大体积流量时的气流分布情况。两款排气歧管进行计算时采用完全相同的边界条件。人口条件：额定工况点的各缸气体质量流量为320kg／h。额定工况点的各缸进口气体温度为850℃。出口条件：标准大气压为0．1MPa。标准环境温度为25℃。2计算结果分析2．1评价标准2．1．1压力损失紧耦合式的排气歧管总压力损失一般不大于35kPa，支管段压

7、力损失一般不大于22kPa。催化器部分的压力损失是由于载体及涂层的阻碍作用造成的，一般不大于10kPa。2．1．2气体流速均匀性各支管之间的气流速度均匀性系数一般不小于0．8，且各缸之间不允许相互窜气。2．2计算结果2．2．1压力损失各缸分别排气时，排气歧管各部分的压力损失见表1。从表1可以看出，各缸对应歧管的压力损失中，AB段歧管压力损失较大，CD段歧管压力损失很小。这是因为AB段歧管存在两段弯曲以及截面突变，造成压力损失较大。此段压力损失可以通过减小弯