课设：基于进气道设计.doc

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1、基于AVLFIRE发动机进气道设计综述宋宝恒热工111班摘要：利用仿真软件FIRE建立某柴油机进气道的三维模型，对进气流动进行CFD模拟计算，再用实验验证仿真模型的准确性，对比试验与计算结果，两者吻合良好。结果表明，CFD设计在柴油机进气道设计开发和性能评价中具有实用价值。关键词：柴油机；FIRE；CFD；进气道0.引言进气道是柴油机重要零部件之一，它的几何形状对提高柴油机的充气效率、改善燃烧性能和降低排放指标具有十分重要的影响。传统进气道设计主要采用经验设计和反复试验相结合，气道形状须经多次修正。近年来，随着计算机技术的

2、迅速发展，特别是计算机存储量和计算速度的提高以及CAD技术的逐步完善，计算流体力学CFD已经成为目前解决三维流动问题尤其是设计进气道的重要手段。本文主要是对利用仿真软件FIRE建立柴油机进气道的三维仿真模型，并进行相关数值模拟计算的一篇综述，仿真计算后的结果经修正和实验验证后，结果表明，CFD技术的应用有益于克服传统设计带来的盲目性和局限性，省时，成本低，具有理论指导意义，为柴油机的性能优化提供了新途径。1.几何模型建立利用CAD或者PROE构建所需进气道模型，如王志等人的《基于CAD/CAM/CFD的发动机气道研究》一文

3、中，利用气道CAD造型，完成集气腔造型、气道曲面造型、合并气道型芯设计。2.计算模型的建立为了获得新设计气道的涡流比和流通系数，且使计算结果与试验结果具有可比性，应在试验台条件下建立模型。在稳流试验台上，模拟气缸的长度一般取为2.5D。将三维气道几何模型输入FIRE软件中，建立气道内气体流动的数学模型，计算出气道内的三维流动，分析流动特性，提供给缸内研究。3.网格的划分应用FIRE的FAME技术进行网格划分处理，网格类型包括四面体和六面体的混合型。CFD流场计算的时间和网格数有密切关系，在王瑜芳、袁兆成的《柴油机进气道流场

4、模拟及参数变动研究》一文中，为了保证其模拟计算精度及气道的螺旋断、气门座、气门及气门喉口出网格进行了加密，总网格数约为45万。4.边界条件设定1)固定壁面边界一般均为绝热的、无滑移的，边界层采用标准壁面函数，壁面温度边界设为定温293.15K。2)进出口边界设定进出口边界取定压力差，一般进口去大气压力Pa。5.试验结果与计算结果对比结合FIRE软件要求，判别计算结果是否收敛主要依据以下几点：1.计算区域入口和出口的质量流量应该相等；2.计算区域中任意一点的残余质量应该小于设定的收敛精度，或者没有达到设定标准，但在某一较小值

5、附近波动（这时人为只有数值波动）；3.计算区域中任意点的物理量应该趋于某一定值。试验过程中所测数据的准确性和精度受实验设备的影响，不可避免出现误差。将计算结果，即得到的进气道流量系数和涡流比和试验值对比，会发现计算结果与试验值吻合较好。表明利用计算机技术进行设计能够使设计工作变得方便快捷，是现代制造技术的发展方向。6.结论a)传统的试验是评价气道性质的重要方法之一，但其耗资大，周期长，数据精度受试验台设备条件和人为操作影响大，且只能获得几个综合数据；b)用CFD技术模拟发动机进气道，获得的流量系数及涡流比，与实际实验得出结

6、果有很好的吻合，说明此模拟具有很高的精确性和参考价值，体现了CFD技术在进气道设计中的优越性，不但节省了大量人力、物力，且具有较高的可行性，为进气道的优化设计提供了有效理论依据，指明了方向。参考文献[1]刘鹏飞,徐春龙,檀丽宏.基于CAD/CFD发动机气道的设计[J].小型内燃机与摩托车,2012,02:46-50.[2]徐鹏,关世玺,朱铭.基于AVLFIRE的发动机进气道三维流场数值模拟研究[J].内燃机,2013,06:12-14+21.[3]王志,黄荣华,王必,卢蓓.基于CAD/CAM/CFD的发动机气道研究[J].

7、内燃机工程,2002,03:26-29.[4]王瑜芳,袁兆成.柴油机螺旋进气道稳流试验与CFD计算的对比分析[J].车用发动机,2007,01:56-60.[5]王瑜芳,袁兆成.柴油机螺旋进气道流场模拟及参数变动研究[J].汽车技术,2005,11:16-19.