04-6110柴油机工作过程的多维瞬态数值模拟
基于CFD的柴油机进气流动瞬态数值模拟与试验研究
气 道 的 气 流之 间存 在 着 相互 影 响 ： 气 结 束 时 在 涡 流 以外 还 存 在 纵 向 的涡 ， 压 缩 行 程 中这 些 涡 在 高 速转 动 的 同时 进 在 能 量 发 生 耗散 ， 将 能 量 传 递 给周 围流 场 ， 导 出 一个 反 方 向 的 纵涡 。气 道 稳 流试 验 结 果 表 明 ． 流量 系 数 和 涡 流 比 并 诱 对
的 模 拟计 算 结 果 与 试验 结 果 吻 合 较好
主题词 ： 直喷 柴油机
进气 流动
数值模 拟
试 验
中图分 类号 ： ４ ４１ ２ 文献标 识码 ： 文章编 号 ：０ ０ ３ ０ （０ ０ ０ 一 ｏ ０ ０ Ｕ ６ ．７ Ａ １０ — ７ ３ ２ １ ）４ ｏ ５ — ４
Ｔｒ ｎ ｉｎ ａ ｕ ｉ ｕ ａ ｉ ｎ ａ ｄ Ｅｘ ｅ ｉ ｅ ｔ ｌＳ ｕ ｙ ｏ ｒ Ｉ ｔ ｋ ｏ ａ ｓｅ ｔｖ ｌ ｅ Ｓ ｍ ｌ ｔｏ ｎ ｐ ｒｍ ｎ ａ ｔ ｄ ｎ Ａｉ ｎ ａ ｅＦｌ ｗ ｏ ｅ ｅ ｇ ｎ ａ ｅ ｎ ＣＦＤ ｆＤｉｓ ｌＥｎ ｉ ｅｂ ｓ ｄ ｏ
・
试验 ． 测试
基 于 Ｃ Ｄ 的柴 油 机 Ｆ 进气流动瞬态数值模 拟与试验研 究
胡云 萍 １ 石 秀勇 ２ 郑媛 媛 ３
（． １ 聊城 大学 ；． ２同济大学 பைடு நூலகம்． ３山东交 通学 院 ）
【 摘要 】 采用经压缩修正的 一 双方程湍流模 型对一 台车用 ４ 门 ６ 气 缸柴油机的单缸换气过程 、 进气压缩过程
内燃机工作过程瞬态仿真分析研究
内燃机工作过程瞬态仿真分析研究随着科技的不断发展，人们对各种机器的性能要求也越来越高。
内燃机就是其中之一。
它在我们生活中的应用非常广泛，例如汽车、摩托车、飞机和船舶等。
因此，深入研究内燃机的工作过程对于提高其性能和效率非常重要。
在这方面，瞬态仿真分析方法是一种有效的工具，它可以帮助我们更好地理解内燃机的工作过程，并为其优化提供指导。
一、内燃机的工作原理内燃机是一种利用燃料在氧气中燃烧产生高温高压气体，然后通过活塞的上下运动将热能转化为机械能的热机。
内燃机主要分为四个步骤：吸气、压缩、燃烧和排气。
在吸气阶段，活塞从机缸顶部运动到底部，使燃油和空气混合物通过活塞头部的气门进入机缸。
当活塞到达底部时，气门就关闭了，然后活塞开始向上移动，使混合物被压缩。
在燃烧阶段，混合物被火花点燃，燃烧产生的高温高压气体将活塞推向底部，同时驱动车轮或者其他负载。
在排气阶段，活塞再次向上运动，将废气推出机缸。
正是由于内燃机的这些过程，我们才能使用汽车、摩托车或其他机器来满足我们的需求。
二、内燃机工作过程瞬态仿真分析内燃机的瞬态仿真分析通过数值模拟来研究内燃机的动力和性能。
该方法基于物理和化学定律，以及实验数据和计算方法，使用计算机建立数学模型并模拟实际运作情况。
它对于研究内燃机的运作过程和性能提供了一种更好的方法，具有以下优点：1. 该方法可以帮助我们更好地理解内燃机的工作原理和机理，以及动力学和热力学过程。
2. 内燃机的瞬态仿真分析可以提供准确和实时的性能数据，例如功率、扭矩、热效率和排放量等。
3. 该方法可以帮助我们提前发现机械问题和性能不佳的部件，并进行优化和修复。
瞬态仿真分析的关键是建立一个准确的数学模型，该模型需要考虑各种因素，例如内燃机的构造、物理和化学变化、燃料和排放等。
此外，还需要考虑运行条件和负载等因素，在模型中进行合理选择设置。
最后，使用电脑模拟内燃机的启动和运行，以获得与实际情况相符的结果。
三、实践应用瞬态仿真分析已经在内燃机领域得到了广泛应用。
基于UG的6110柴油机活塞三维实体设计
摘要CA6110柴油机是我国应用最早的柴油机之一，且使用范围在客车，同时也是无锡一汽柴油机厂在原有的1252-01基础上专研，通过自主创新的一款新产品。
同时CA6110柴油机活塞是当前内燃机主要的零件之一，活塞主要经受着周期性，使得活塞机械负荷交变时会出现明显的热负荷性能的作用，CA6110柴油机活塞一般在高温以及高速和高负荷使用情况下，会出现润滑交变不良以及冷却情况下，导致CA6110柴油机容易出现故障。
因此，本文研究重点是以CA6110 柴油机的活塞设计，考虑到活塞的缸套与活塞组的整体设计过程，首先本文CA6110柴油机活塞组成的构造进行常规分析，其次对CA6110柴油机的缸套、活塞、活塞环等进行设计计算，最后应用UG建模的方法，以此实现CA6110柴油机活塞的三维实体设计的功能。
关键词：6110柴油机；活塞；设计；三维实体模型AbstractCA6110 Diesel Engine is one of the earliest applications, and using a range of passenger cars, but also the FAW Wuxi Diesel Engine Factory specializes in the original 1252-01, based on independent innovation through a new product. Meanwhile CA6110 diesel engine piston internal combustion engine is one of the main parts, the main piston is subjected to cyclical, mechanical loads so that the piston will be significant effects of alternating thermal load performance when, CA6110 diesel engine piston is generally at a high temperature and high-speed and high-load usage next, there will be alternating poor lubrication and cooling conditions, resulting in CA6110 diesel prone to failure. Therefore, this study is focused on the design of the piston CA6110 diesel engine, taking into account the overall design of the cylinder liner piston and piston assembly, the first structure of this article CA6110 Piston composition routine analysis, Secondly CA6110 diesel engine cylinder, piston, ring design calculations, method of final application UG modeling, in order to achieve three-dimensional solid CA6110 diesel engine piston design features.Key Words: 6110 diesel engine; piston; design; three-dimensional solid model目录第1章绪论............................ 错误!未定义书签。
6110型柴油机总体设计
优秀设计毕业设计（论文）题目：6110型柴油机总体设计子题：摘要本篇论文是关于6110型柴油机总体设计的，主要是对6110型柴油机的主要运动零件设计以及一些辅助系统的简要设计。
通过热力计算、动力计算以及其它理论计算得到6110型号柴油机的一些性能曲线，并根据性能进行合理的零件设计，从而使6110柴油机具备更好的经济性能和动力性能。
本文除了包括曲柄连杆机构的设计外，还包括进排气及配气系统设计，燃油输送及喷射系统设计、冷却系统设计、润滑系统设计。
关键词：6110型；柴油机；设计；热力计算；动力计算AbstractThis paper is about 6110 diesel engine's overall designs, mainly to 6110 diesel engine's main motion parts designs as well as some servosystem's brief design.Through the thermal design, the power computation as well as other theoretical calculation obtain 6110model diesel engine's some performance curve, and carries on the reasonable components design according to the performance, thus causes 6110 diesel engines to have a better economical performance and the power performance. This article besides includes design of crank link motion gear, but also includes design of air admission and exhaust system, design of fuel oil transportation and injection system, design of cooling system, design of lubrication system.Key Words：6110 style；diesel engine；design；thermal calculation; dynamic calculation目录摘要................................................................................................................... I I Abstract . (III)引言 (1)第一章前言 (2)1.1 研究目的和意义 (2)1.2 国内外研究及发展现状 (2)1.3 研究内容和方法 (4)第二章柴油机的总体设计 (5)2.1 柴油机的总体设计 (5)2.1.1 机体零件组 (5)2.1.2 曲柄连杆机构 (6)2.1.3 配气机构及进排气系统 (7)2.1.4 燃料供给与调节系统 (7)2.1.5 润滑系统 (9)2.1.6 冷却系统 (10)2.1.7 起动系统 (11)2.2 柴油机的总体布置 (11)2.2.1 柴油机的总体布置设计 (11)2.2.2 柴油机的工作循环 (12)2.2.3 6110型柴油机主要参数 (12)2.2.4 配气定时 (13)3.1 机体组 (14)3.1.1 气缸体和气缸套设计 (14)3.1.2 气缸盖与气缸垫 (15)3.2 活塞连杆组 (17)3.2.1 活塞组设计 (17)3.2.2 连杆组设计 (25)3.3 曲轴飞轮组 (27)3.3.2 飞轮 (30)3.3.3 轴瓦 (31)3.3.4 扭振减震器 (31)第四章柴油机辅助系统设计 (33)4.1 配器系统设计 (34)4.1.1 气门组 (34)4.1.2 进排气门设计 (35)4.1.3 气门传动组 (36)4.2 燃油供给系统设计 (38)4.2.1 喷油泵 (38)4.2.2 高压油泵放气 (39)4.2.3 调速器 (39)4.3 润滑系统设计 (40)4.3.1 循环油量 (41)4.3.2 机油压力 (42)4.3.3 机油温度 (42)4.3.4 油底壳贮油量 (43)4.4冷却系统设计 (43)4.4.1 冷却系统的功用 (43)4.4.2 强制循环水冷却系统的组成 (44)4.4.3 水泵 (45)4.5 起动系统设计 (46)结论与建议 (47)参考文献 (49)附录A 6110型柴油机热力计算 (50)附录B 6110型柴油机动力计算 (60)附录C 6110型柴油机计算参考用的图表 (79)致谢 (88)图一 6110型柴油机性能曲线引言柴油直接在发动机内部燃烧产生热能转变为机械能对外作功的热机称为柴油机。
柴油机冷却系统瞬态响应研究
Ｋｅ ｏｒ ｓ：ｐ ｗｅ ａ ｈｉ ｅｙ ｅ ｇｎｅ ｒｎ ｙｗ ｄ ｏ ｒｍ ｃ ｎ ｒ ｎ ｉ ｅ ｉ ｇ；ｄ ｅ ｅ ｎ ｉ ｅ；ｃ ｏ ｉ ｙ ｔｍ ；ｔａ ｓｅ ｔｒ ｓ ｏ ｅ；ｓｍｕｌｔ ｎ ｉ ｓ ｌｅ ｇｎ ｏｌ ｎｇｓ ｓｅ ｒ ｎ ｉｎ ｅ ｐ ｎｓ ｉ ａｉ ｏ
Ａｂｓ ｒ ｃ ：Ａ ｉ ｌｔｏ ｄ ｌｆ ｒｄ ｅ ｅ ｎ ｉ ｅ ｃ ｏ ｉ ｇ ｓ ｓｅ ｗａ ｓａ ｌｓ ｅ ｔａ ｔ ｓｍｕ ａｉ ｎ ｍｏ ｅ ｏ ｉ ｓ ｌｅ ｇ ｎ ｏ ｌｎ ｙ ｔｍ ｓｅ ｔ ｂ ｉｈ ｄ． Ｔ ａ ｋ ｔｒｔ ｍｐ ｒ— ｈｅ ｂ ｃ ｗａ ｅ ｅ ｅ ａ
随着柴 油机升 功 率 的提 高 ， 油机 冷 却 系 统 向 柴 智 能 化 控 制 冷 却 系 统 方 向 发 展 。 军 用 车 辆 柴 油 机 强 化 程 度 高 ， 行 工 况 复 杂 多 变 ， 却 水 温 度 控 制 运 冷 要 求 高 ， 却 系 统 水 温 控 制 是 一 个 回路 闭 环 系 统 ， 冷 具 有 非 线 性 、 变 性 、 延 迟 等 特 点 。 因 此 ， 制 定 时 大 在 冷 却 系 统 控 制 策 略 时 ， 冷 却 液 温 度 时 变 特 性 和 系 对 统 大 滞 后 特 性 考 虑 不 准 确 ， 易 出 现 超 调 和 调 节 过 容 程 缓 慢 ， 一 直 是 制 定 智 能 化 控 制 冷 却 系 统 控 制 这 策 略 面 临 的 一 个 难 题 。 掌 握 系 统 关 键 参 数 变 化 对 冷 却 液 温 度 的 影 响 规 律 ， 于 制 定 控 制 性 能 好 的 控 制 对
柴油机缸内流场piv测试技术的应用研究
柴油机缸内流场piv测试技术的应用研究
柴油机缸内流场PIV测试技术是一种常用的实验方法，用于
研究和分析柴油机燃烧过程中的缸内流动情况。
这种技术通过激光光束和粒子图像速度测量器（PIV）来实时捕获和测量颗
粒物在流场中的运动轨迹和速度分布，从而获取柴油机缸内流场的流速和流动结构信息。
柴油机缸内流场PIV测试技术的应用研究主要集中在以下几
个方面：
1. 燃烧效率优化：通过研究柴油机缸内流场的速度分布和流动特性，可以优化柴油机的设计参数和进气系统，提高燃烧效率，减少燃料消耗和排放。
2. 燃烧过程模拟验证：通过将实测的柴油机缸内流场数据输入到数值模拟中，可以验证数值模拟结果的准确性和可靠性，进一步优化燃烧过程的模型。
3. 排放物生成机理研究：柴油机缸内流场的研究可以揭示燃烧过程中产生有害废气和颗粒物的机理，为减少柴油机排放物的生成提供理论依据。
4. 冲击波研究：柴油机缸内流场的PIV测试可以观察到燃烧
过程中产生的冲击波的位置和强度，为燃烧噪声和振动控制提供依据。
5. 涡旋结构分析：柴油机缸内流场的PIV测试可以识别和测
量涡旋结构的位置、大小和旋转方向，进一步研究涡旋结构对燃烧过程和热负荷分布的影响。
总之，柴油机缸内流场PIV测试技术的应用研究对于优化柴油机燃烧过程、降低排放物和改善燃烧效率具有重要意义。
它提供了理论和实验基础，为柴油机技术的发展和创新提供了有力支撑。
CA6110型系列柴油机曲轴两种平衡方案的研究
!" $
对轴承工作条件的改善 为了验证曲轴平衡块对第 $ 主轴承负荷和平衡
特性的影响， 特进行了 & 平衡块、 $ 平衡块曲轴第 $ 主轴承在发动机工作转速范围内， 分别在空载、 外特 性工况时的最大负荷和平均负荷计算。结果如图 ) 4 图 - 所示。 图 )、图 % 分别表示了空载时第 $ 主轴承最大 负荷和平均负荷的计算结果。 由图可见， 在空载工况 下， 平衡负荷比 & 平衡块曲轴第 $ 主轴承最大负荷、 $ 平衡块曲轴在发动机工作转速范围内普遍有很大 的降低； 在高转速时， 主轴承负荷的降低更为明显。 这是由于此时离心惯性内力矩在起作用，这充分显 示了 & 平衡块比 $ 平衡块的平衡作用对降低轴承负 荷效果好。 随着发动机工作转速的降低， & 平衡块曲 轴与 $ 平衡块曲轴主轴承的最大负荷、平均负荷差 距也在缩小， 这是由于随着发动机工作转速的降低， 离心惯性内力矩差距也在缩小所致。 图 &、图 - 分别表示了外特性时第 $ 主轴承最 大负荷和平均负荷的计算结果。 由图可见， 在外特性 工况下，最高燃烧压力与曲轴离心惯性内力矩对轴 承负荷的影响， 往往是最高燃烧压力更大些。 对于采 用 & 平衡块曲轴的新型 ’()##"+,(- 型柴油机，额
— #%—
・设计・计算・研究・ 定工况往复惯性力每缸为 # !$% &’ ()，不平衡离心 惯性力为 # !*% "’ ()， 在上、 下止点， 最大惯性力应 为上述二者之和， 即为 # &+% !’ ()。 第 , 主轴承惯性 力为 # &+% !’ ()，该机最高燃烧压力为 !’% " -./， &、, 两缸在上止点位置时，其中只能有一缸在爆发 冲程， 最高燃烧压力要分配到邻近的两个主轴承上， 每个主轴承负荷约为 $!0 &’ ()， 此时作用到轴承上 的气体压力大部分将被惯性力所抵消。在下止点位 置时， 上述惯性力就是轴承的主要载荷。 由于 " 平衡 块曲轴平衡块数量的增加，&、, 缸的不平衡惯性力 就减少， 因此， 此时第 , 主轴承负荷就轻些。 述二者之和， 即为 # !&% $’ ()。对第 , 主轴承而言， 在爆发冲程时， 最高燃烧压力大大超过惯性力， 惯性 力只能抵消小部分燃烧压力作用。 , 平衡块曲轴的 不平衡惯性力大， 抵消惯性力就多些， 此时第 , 主轴 承负荷就少些。 而 " 平衡块曲轴情况相反， 抵消惯性 力就少些， 主轴承负荷就大些。 为了验证曲轴平衡块对轴承负荷的影响，对 利用应变片 :;*!!’ 型系列柴油机主轴承负荷实测， 对柴油机第 , 主轴承螺栓的受力状况进行了测量。 在第 , 主轴承两个螺栓杆上，贴有一组耐高温应变 片， 它以半桥型式连接， 经桥盒送入动态应变仪中， 通过 ; 4 < 转换器送入计算机， 进行测试分析。把这 第 , 主轴承两个螺栓的拉力和，认定为第 , 主轴承 负荷。 测试显示， 在高速时采用 " 平衡块比采用 , 平 衡块曲轴中间主轴承负荷平均要降低 !, ! ， 这主要 是平衡块的离心惯性内力矩在起作用。 !" #
挖装机工作装置瞬态动力学仿真与分析
ｄ ｉ ｇ ｇ ｉ ｎ ｇ ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ ． Ａ ｃ ｃ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ｇ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｎ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｏ ｆ ｄ ｉ ｐ ｐ ｅ ｒ ｏ ｉ ｌ ｃ ｙ ｌ ｉ ｎ ｄ ｅ ｒ ｄ ｒ ｉ ｖ ｉ ｎ ｇ ｂ ｕ ｃ ｋ ｅ ｔ ｈ ｉ ｔ ｔ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｇ ｒ ｏ ｕ ｄ ，ｔ ｈ ｅ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｉ ｅ ｎ ｔ ｄ ｙ ｎ ｎｄ ａ ｃ ｓ ｏ ｆ
ｈ ｉ ｔ ｔ ｉ ｎ ｇ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ 哪 ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ ｂ ｙ Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ Ｗｏ ｒ ｋ ｂ ｅ ｎ ｃ ｈ ｓ ｏ ｆ ｔ ｗ ａ ｒ ｅ ，ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｔ ｈ ｅ ｓ ｅ ｔ ｌ ｏ ｄｉ ａ ｎ ｇ ｓ ｔ ｅ ｐ ｆ ｕ ｎ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ， ｔ ｈ ｅ ｄ ｙ ｎ ａ ｍ ｉ ｃ ｒ ｅ ｓ ｐ ｏ ｎ ｓ ｅ
Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｔ ｕ ｎ ｎ ｅ ｌ ｈ ｅ ｄｉ ａ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ ｌ ｏ ｄｉ ａ ｎ ｇ ｍａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｉ ｓ ａ ｋ ｉ ｎ ｄ ｆ ） ／ 。 ｈ ｉ ｇ ｈ ｅ ｆ ｉ ｆ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｙ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｐ ｏ ｒ ｔ ｉ ｎ ｇ ｄ ｅ ｔ ｒ ｉ ｔ ｕ ｓ ｅ ｑ ｕ ｉ ｐ ｍ ｅ ｎ ｔ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｔ ｕ ｎ ｎ ｅ ｌ
机 械 设 计 与 制 造
１ ４ ４
第 ２期
２ ０ １ ３年 ２月
Ｍａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｒ ｙ Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ
＆
Ｍａ ｎ ｕ ｆ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ
挖装机 工作装置瞬态动 力学仿 真与分析
苏 宇龙 ， 黄松 和 ， 江 小亮 ， 苟志波
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
6110柴油机工作过程的多维瞬态数值模拟吕继组白敏丽（大连理工大学动力工程系 116023）摘要：本文利用商业CFD软件STAR-CD及ES-ICE对6110柴油机工作过程进行整个工作循环的（720度曲轴转角）多维瞬态数值模拟。
分析整个工作过程中不同时刻气体流动、壁面传热、燃油喷雾雾化、颗粒形成等。
关键词：柴油机；工作过程；多维；瞬态；数值模拟引言柴油机整个工作过程包括气体交换、压缩、燃油喷射、雾化、燃烧、膨胀以及排放物生成等等，涉及到许多复杂的物理化学变化，其直接影响到柴油机的动力性、经济性、可靠性、燃烧噪声及有害废气排放。
因此，对柴油机工作过程进行深入研究，对于组织良好的燃烧过程，开发具有高性能、低污染的柴油机具有十分重要的意义。
柴油机工作过程的研究一般可以实验法和数值模拟法。
采用试验方法对工作过程进行研究，不但周期长、费用高、适应性差，而且往往不能得到有关的详细信息。
数值模拟方法除去了以上缺点，且还能反映出几何形状的影响。
通过对柴油机工作过程的数值模拟，设计人员能够在柴油机设计过程时综合考虑气流运动、燃烧室形状、喷雾、燃烧等诸多因素的最优匹配，可以解决柴油机设计方案论证、性能预测诊断和样机的研究改进等技术问题。
因此倍受国内外专家的重视，在工程中也得到了广泛应用［1-4］。
本文主要是利用通用CFD软件STAR-CD及ES-ISE对6110柴油机整个工作过程进行了多维瞬态数值模拟。
对整个工作过程中不同时刻气体流动、壁面传热、燃油喷雾雾化、颗粒形成等进行分析。
1. 计算模型的建立6110柴油机工作过程多维数值模拟研究流程图如下：图1-1 柴油机工作过程数值模拟流程1.1 几何模型建立准确数值模拟的一个重要前提条件是对几何形状的精确描述，但由于柴油机工作过程几何结构十分复杂，完全按照其真实实体建立计算模型非常困难，因此在保证对模拟计算结果不产生很大影响的前提下，同时为了避免在网格划分时产生网格尺度的巨大差异，对实体结构进行了一些等效简化处理，主要有：（1）略去气缸壁与活塞之间的间隙，即：活塞顶平面与气缸壁面完全密封；（2）略去某些过渡圆角、倒角等次要细节。
对模型的关键位置（如：气门），其形状对流动截面和计算精度有很大的影响，故在几何建模过程中对气门建模时应尽可能做到准确无误。
利用三维CAD软件建立，活塞运行到上止点，进排气门都关闭状态下的几何模型，其包括进气道、进气门、气缸顶、气缸壁、活塞顶（包括燃烧室）、排气道、排气门组合成的封闭几何体，燃烧室偏心布置。
如图（1-2）所示：图1-2 几何模型1.2计算网格的生成在数值模拟中网格的划分是一件非常困难的事情。
这是由于实际的流动区域往往具有不规则且十分复杂的几何外形，为了保证计算精度，希望在划分网格时能尽量保持计算区域与实际流动区域相一致；另外，网格的类型、质量、结构、尺度等都对计算的精度和稳定性有着直接的影响。
对于工作过程而言，由于气门和活塞的运动使得网格生成更加困难。
为了减少柴油机一个工作循环的模拟时间，首先要提高动网格生成速度，同时保证网格质量。
为此，本文采用一个模板式网格生成器ES-ICE（E xpert S ystem for I nternal C ombustion E ngines）软件，它是一种内燃机动网格的专用生成工具，是基于参数模板的软件包，通过选取合适的参数，生成模板，然后通过将几何形状映射到模板上，使模板形状完全吻合几何形状，从而可以方便地生成网格，这样就可以方便地生成动网格。
在柴油机工作过程的瞬态模拟计算分析中，它通常是与流体分析软件STAR-CD联合使用，作为STAR-CD的一个前处理工具。
网格生成后，导入STAR-CD中定义边界条件、初始条件及其它计算参数，利用STAR-CD的核心解算器STAR进行运算，计算结果可以通过STAR-CD的后处理工具PRO-STAR进行处理。
利用ES-ICE生成的三维网格如图（2-2）所示。
图2-2整体网格1.3 计算模型由于实际柴油机工作过程的特点，想要描述整个工作过程中的流动、喷油、雾化、燃烧等应尽可能与实际相一致，在数值模拟中计算模型的选取至关重要。
本文采用瞬态计算模式在数值模拟中认为气体充量在气道及缸内的流动状态是三维可压缩的粘性湍流流动，湍流模型选用κ-ε高Reynolds模型；计算算法采用PISO算法。
计算中不但研究进排气门及气道对整体流场的影响，还研究燃油喷射、燃烧对缸内气流运动和传热的影响。
因此在计算模型的选取上不但选用计算流场数值模拟的数学模型，还应选取气液耦合计算的两相流模型，本课题选用拉格朗日多相流模型计算燃油的喷射；雾化模型用Huh雾化模型；破碎模型用Reitz-Diwake破碎模型；撞壁模型用Bai模型；燃烧模型选择涡破碎模型（Eddy-Breakup Model）；点火模型用Shell自然模型。
另外，气体比热采用多项式插值计算；气体密度根据理想气体状态方程计算。
1.4边界条件准确确定复杂的边界条件是实现高精度数值模拟的一个关键技术，在工作过程的数值模拟中，流动边界条件的确定相对简单，而与传热相关的复杂的边界条件难以精确确定。
为了精确确定传热边界条件，采用流固耦合的方法，由活塞组—润滑油膜—气缸套耦合系统的传热有限元分析软件计算〔5〕，给出气缸套内壁、活塞顶平面及燃烧室壁面的温度场，以此作为缸内工作过程计算的换热边界条件。
流动边界条件：进气门入口采用压力入口，压力为：1.23Bar；排气门出口采用压力出口，出口压力为1.2Bar。
传热边界条件：缸套壁面定义为Wall边界，温度分布见［6］。
喷孔设定：由于6个喷孔不是完全轴对称结构，而且喷孔轴与气缸轴还有一定夹角，因此论文中喷孔位置和方向是完全按照实际情况给出。
1.5初始条件柴油机工作过程是高度瞬变且周期循环的，其时均运动和湍流运动的弛豫时间都非常短，这样就降低了数值模拟中初始条件的重要性。
理论上，只要取足够多的时间步，进行足够长的循环计算，这样流场的解最终将自动显示出周期性，而与初始条件无关。
而实际计算中为了使解尽快达到收敛，提高计算精度，尽量合理地规定初始条件还是很有必要的，特别当计算所持续的时间不足一个循环时更是如此。
本文计算步长取760度曲轴转角（为了能考察气门叠开且有初场时气体的流动情况），已经超过一个工作循环，初始条件对整个计算来说影响非常小，但是为了尽快使计算收敛，通过实验，给出缸内、进气道、排气道内的初始压力和初始温度，而压力和温度都取的是时均流参数。
2. 计算结果及分析STAR-CD在Pentium-Ⅳ单CPU处理器主频2.4G，内存1G计算机上的Linux系统下运行363.5小时，计算760度曲轴转角，即超过一个工作循环。
进气过程活塞位于上止点时为起始曲轴转角，定义为0度，以下角度都是对应的曲轴转角。
2.1流动分析图2-1为6度和726度时的速度矢量切面图，即经过一个循环后同一曲轴转角下的流场分布。
计算中由于初始条件没有给定初始流场，只给出了初始压力和初始温度，因此通过计算可以看出初始流场对整个计算的影响。
在无初始流场条件下，气门叠开时没有显示出现扫气现象，另外由于计算初始设定缸内压力低于排气道出口压力从而造成排气倒流现象。
当计算一个经过工作循环后，无论是缸内还是进排气道内的流场都已经形成，在气门叠开时可以明显看到有扫气现象发生，即低温新鲜空气在正压力差的作用下进入气缸，与缸内高温残余废气进行混合，部分气体直接进入排气管中。
图2-1 速度矢量切面图2-2 速度矢量切面图2-3 进气门开度最大时矢量切面图2-2、2-3和2-4为气门开度最大时径向和轴向速度矢量分布切面图。
从中可以看出，由于进气道为螺旋进气道，在进气过程形成了明显的环形旋涡运动，而对于排气过程就切面来看没有形大的涡流运动。
图2-2是进气过程的径向切面速度，从中可以看出有两个大的滚流形成。
通过轴向不同截面的速度矢量图可以看出，不同位置上产生的涡流形式也各不相同。
在进气门附件，从A-A图中可以看到，由进气道来的气流经过气门座后，与气门斜坡面和气缸壁面相撞，使气流流动趋于复杂，而且由于受排气门和缸壁的影响形成一个明显的小涡流区。
随着坐标位置的下移，B-B截面产生两个主涡流区，而在C-C截面上只有一个主涡流区形成。
在图2-4为排气过程轴向截面图，从A-A截面可以看出在排气门附近形成了两个明显的环形旋涡，这是由于气体撞击缸壁而行成的，而其它两个截面没有形成明显涡流区。
图2-4 排气门开度最大时矢量切面图2-5为有喷油时的流动矢量分布，可以看出在喷雾开始阶段，在燃烧室内流场形成一个轴向环流。
但是由于燃油的喷射在其四周形成较强的局部湍流运动，使得整个流动变的更加复杂、紊乱。
还可以看出，此时缸内大尺度环流由于燃油的喷射而削弱。
另外还可以看出由于受缸内大尺度环流的影响，燃油的流动也形成一定的环流形式，这样有利于柴油的雾化、燃烧。
图2-5有喷油时的速度切面2.2喷油雾化分析图2-6给出了喷油过程中两个不同时刻燃油雾化粒子的分布情况。
其中，颜色的深浅代表燃油颗粒的密度，粒子的大小用其直径的相对大小来表示。
通过计算可以看到整个喷油过程中燃油粒子的雾化过程。
图2-6喷雾粒子分布2.3传热分析图2-7、2-8、2-9给出几个不同时刻的缸内温度场和壁面换热系数场的分布，由于是计算了整个循环周期，可以给出任意时刻的分布情况。
图中换热系数正负号代表热量传递的方向，正号为壁面向燃烧室内气体传热，负号相反。
从中可以看出换热系数不但随空间位置的变化，而且随时间变化也各不相同，通过这种多维瞬态计算能够提供不同时刻、不同位置的换热系数及温度分布，为固体有限元计算分体提供最有利的边界条件。
图2-7 355度图2-8 380度图2-9 450度3 结论（1）应用CFD分析软件对6110柴油机整个工作过程进行数值模拟，可以利用较少的时间获取大量而准确的流动、传热、喷雾及燃烧信息，为柴油机化设计提供重要的理论依据，同时，还为内燃机综合仿真研究提供较为准确的边界信息。
（2）由于进气道采用螺旋进气道，计算结果表明，进气过程能形成非常明显的进气涡流。
在活塞接近上止点时，虽然受到挤流的影响，但是燃烧室内的气体流动依然存在环形运动。
当有燃油喷射时，由于对燃油进行流动和雾化计算，可以清楚的知道燃油喷射对整个流场影响。
（3）通过多维瞬态数值模拟，使计算更能接近实际情况，给出的参考信息更具有使用价值。
参考文献1.Richard D. Rucker.An analysis of the parallel combustion two-stroke engine.SAE2000-01-1022.2.Bruno Dillies, Arnaud Ducamin, Laurent Lebrere,Fabrice Neveu. Direct injectiondiesel engine simulation: A combined numerical and experimental approach from aerodynamics to combustion.SAE 970880.3. A. Pires da Cruz, T. Baritaud, T. Poinsot. Turbulent self-ignition and combustionmodeling in diesel engines. SAE 1999-01-1176.4.Wolf Bauer, John B. Heywood. Flow Characteristics in Intake Port of Spark-Ignition EngineInvestigated by CFD and Transient Gas Temperature Measurement. SAE 9619975.董卫军，白敏丽. 活塞环组－润滑油膜－气缸套传热与润滑、摩擦的耦合研究.高等学校工程热物理研究会议第十届全国学术会议.372～3776.丁铁新. 内燃机燃烧室接触部件耦合传热仿真.［硕士学位论文］.大连:大连理工大学，2004。