发动机进气系统CFD数值模拟论文

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基于CFD的柴油机进气流动瞬态数值模拟与试验研究

基于CFD的柴油机进气流动瞬态数值模拟与试验研究
进 行 了 C D瞬 态 模 拟计 算 。 果 表 明 , 于该 柴 油 机 , 气 门叠 开期 发 生 了 废气 倒 流 入 进 气道 现 象 : 向气 道 和螺 旋 F 结 对 其 切
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

进气管内EGR分布的CFD模拟计算

进气管内EGR分布的CFD模拟计算

进气管内EGR分布的CFD模拟计算本文将介绍一种用于研究内燃机进气管内废气再循环(EGR)分布的计算流体力学(CFD)模拟方法。

EGR技术已经成为了减少柴油发动机排放物的一种主要手段,通过将部分废气从排气管再引回到发动机进气管中,控制氮氧化物(NOx)的排放。

EGR分布对发动机的运行和性能具有很大的影响,因此对其分布的研究具有重要意义。

该CFD模拟计算的过程分为以下几个步骤:1.建立三维模型将进气管内的几何结构导入至CFD软件中,并进行三维建模。

在建立模型时需要考虑到进气管的大小、形状、弯曲角度等几何参数。

通过使用三维建模软件,可以快速地生成精确的进气管几何模型。

在建立模型时需要注意,将EGR进口的位置和大小考虑在内。

2.设定边界条件在进行CFD模拟计算时,需要设定各个界面的流体动力学边界条件。

对于进气管内的EGR分布计算,需要设定进口处的质量流量、温度和压力,同时也需要设定进口处EGR的组分。

另外,EGR分布的计算还需要考虑到排气管出口处的边界条件,包括排气口的压力和温度。

3.计算模拟经过模型建立和边界条件设定之后,可以进行CFD模拟计算。

这里使用了稳态流模拟方法,将燃气和EGR都视为可压缩流体。

在模拟计算中,需要考虑到进气管的弯曲、收缩等几何形态对流动场的影响,同时还需要考虑到流动的湍流效应。

4.分析计算结果在进行模拟计算之后,可以对计算结果进行分析。

通过对流场的分析,可以了解EGR在进气管内的分布情况,并对废气再循环的效果进行评估。

同时,还可以得到流动阻力、压力分布等参数,来评估EGR对发动机性能的影响。

总之,利用CFD技术进行进气管内EGR分布的计算模拟,可以有效地评估废气再循环技术的效果和对发动机性能的影响,为发动机设计和优化提供科学依据。

针对EGR分布的CFD模拟计算,还需要考虑一些重要的因素。

首先是EGR进口的位置和大小,这会直接影响EGR分布的均匀性和流量。

因此,在进行模型设计时,需要根据具体发动机结构和运行条件来确定EGR进口的位置和大小,并优化进口结构以提高EGR分布的均匀性。

CFD在进气歧管优化设计中的应用

CFD在进气歧管优化设计中的应用

CFD在进气歧管优化设计中的应用本文以江淮汽车某型三缸汽油机进气歧管为研究背景,用数值模拟的方法研究了该进气歧管的进气性能,分析了歧管的压力损失和进气均匀性,并与以前的计算模型进行对比.本文以江淮汽车某型三缸汽油机进气歧管为研究背景,用数值模拟的方法研究了该进气歧管的进气性能,分析了歧管的压力损失和进气均匀性,并与以前的计算模型进行对比。

结果表明,优化后的进气歧管在压力损失和进气均匀性方面均得到了明显的改善,提高了该歧管的进气性能。

发动机进气歧管的性能高低影响着发动机的运行效果。

本文针对江淮汽车某三缸发动机及其歧管在设计过程中出现的问题进行优化分析,根据分析结果提出整改方案,对整改方案进行分析。

数值模型1.三维模型与网格划分优化前和优化后的歧管模型如图1、图2所示。

从图1中可以清楚看到在歧管1出口下方有一凸出区域(圈中部位),此部位就是一缸优化设计中增加的凸台区。

原设计方案中在歧管三缸处设计一凸台(见图2),优化方案为取消该凸台,在一缸歧管入口处增加导流凸台。

本次计算应用STAR-CD计算软件,为保证计算的准确性,此计算中网格尺寸为1mm,优化前后网格总数均为35万左右。

2.计算仿真进气歧管内流场的计算分析主要包含两方面的内容:稳态计算,评价歧管各通道的流通能力;瞬态计算,评价一个循环过程中歧管各通道的进气均匀性。

流体流动要受物理守恒定律(包括质量守恒定律、动量守恒定律以及能量守恒定律)的控制,控制方程就是这些守恒定律的数学描述。

而进行模拟计算,实际上就是求解控制方程的过程:质量守恒方程(也称连续性方程):动量守恒方程:能量守恒方程:3.边界条件本文采用稳态计算和瞬态计算两种方法对进气歧管进行分析。

稳态计算主要分析歧管的流通性能,稳态计算整改前后均进行3个case计算,在每个case中分别将歧管的一个出口定义为出口边界,其余进口定义为壁面,计算中进口速度取一个循环的平均值30?m/s;瞬态计算主要分析歧管的进气均匀性。

某缸内直喷发动机进气歧管CFD模拟分析

某缸内直喷发动机进气歧管CFD模拟分析

之外 . 电喷 系统 主 要 传 感 器 和 执行 器均 安 装 在 进 气 歧 管 上 , 致 进 气 歧 管 结 构 复 杂 和 高成 本 。 算 机 模 拟 可 以 降 低 开发 成 本 , 中用 三 导 计 文 维 C D 软件 对某 缸 内直 喷 发 动 机 进 气歧 管进 行 了稳 态 流 动 分 析 , 过 C D 分 析 基 本 可 以确 定 进 气 歧 管 结 构要 求 , 导 实 际产 品设 计 。 F 通 F 指
的 进 气 歧 管 采 用稳 态 C D分 析 完 全 满 足 优化 设 计 要 求 , 对 于 四 缸 以上 发动 机 需 要 采 用 瞬 态 C D分 析 方 法 更 为 合适 。进 气 歧 管 是 发 F 但 F
动 机 最 关 键 进 气 系统 部 件 之 一 , 核 心 功 能 是 为 发 动 机 各 缸 提 供 充 足 均 匀 的 混 合 气 , 影 响 发 动 机 动 力性 和 经 济 性 的关 键 因素 ; 此 其 是 除
s n o a d a t ao fEF y tm r n tle n t e i tk nf l , l a i g t t c u a o lx t n o t T e c mp tr s lto e s r n cu tro Is se a e i sal d o h n a e ma i d e d n o sr tr lc mp e i a d c s. h o u e i ain o u y mu ( n r d c h e e o me t c s. t i ril e ci e te s a y sae f w a a y i h c s u e t D C D o t r r s me GDI : e u e t e d v lp n o t h s a t e d s rb h t d t t o n ss w ih i s d wi 3 F s f a c e l l h wa e f o o e g n n a e ma i l . Us g CF t o a ee mi e t e i tk n f l t c u e p o u t e i n n ie it k n f d o i D meh d c n d tr n h na e ma i d sr t r r d c s . n o u d g Ke wo d : C D ; i tk ma i l y rs F na e n f d; l u d t o i ii q y; u i r i nf m t o y

涡扇发动机进排气数值模拟研究

涡扇发动机进排气数值模拟研究

涡扇发动机进排气数值模拟研究摘要:通过完全抛弃发动机内部的流动,给定发动机进气口和排气口设置适当的边界条件的方法,模拟发动机的进排气影响。

首先利用日本航空宇航技术研究所的试验标模进行了计算验证,并将此方法应用到DLR-F6 标模上,取得了很好的效果。

1概述所谓发动机进排气动力影响,是指对于航空发动机,般其前部都要配置进气道,而后部配置尾喷管,这样进气道前面的进气流和尾喷管后面的尾喷流,都会对飞行器的外部流动产生干扰影响。

涡扇发动机的动力数值模拟(CFD )的主要目的就是要计算发动机工作时发动机进气、排气对飞机气动特性的影。

CFD 是一种虚拟试验,可以完全抛弃发动机内部的流动,只需要给发动机进气口和排气口设置适当的边界条件,就可以准确的模拟发动机的进排气影响。

2动力边界条件涡扇发动机的动力模拟较为复杂,发动机内部涉及到空气压缩、燃烧、膨胀、做功等一系列问题,想完全真实模拟这些变化相当困难,也完全没有必要。

CFD 的特点就是配合合适的边界条件和初始条件计算网格区域的流动,因此可以完全忽略发动机内部的流动情况,只需给定适当的进气和排气边界条件。

涡轮风扇发动机中的内外涵道气流可以分别排出,也可以在排气系统内混合排出,两者在模拟方面没有本质区别,只是设置一个排气边界还是两个排气边界的问题。

2.1发动机入口边界发动机的入口(进气)边界对于计算区域来说相当于流体流出计算域,因此需要设置为出口类边界条件。

数值模拟中的出口边界包括压力出口和质量流量出口。

在发动机进排气模拟中,一般知道给定条件下的发动机进气流量系数MFR(流量系数定义为当时进入进气道的实际空气流量对未经扰动的来流直接撞入进气道应有流量之比),可以换算出进气质量流量。

因此在发动机的进气边界设置质量流量边界条件。

已知发动机的进气流量系数时,进气质量流量按下式计算:2.2发动机出口边界发动机的出口(排气)边界对于计算区域来说相当于流体流入计算域,因此需要设置为入口类边界条件。

某轿车发动机进气歧管CFD分析

某轿车发动机进气歧管CFD分析
a c c o r d i n g t o t h e r e s u l t s a n d s u g g e s t i mp r o v e me n t s p og r r a m t o ed r u c e t e s t c o s t s ,s h o  ̄ e n p od r u c t c y c l e .
性。
图 1进气歧管 网格划分
图 2压力分布
图 3 支管 2速度迹线
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图 4 总压 损分 析

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1 2网格 划 分
图 5 静压 损 分 析
+ 值在 3 0 — 2 0 0之 间, 残差小 于 0 . 0 0 0 1 。 利用 G a m b i t 进行网格划分 ,划分时模 型心部采用六 面体 网格 近的网格 的 y 2 仿 真 结 果 的 分 析 而表面采用 四面体 网格 , 由于分析 的结构为 四个简化 的进气歧 管分 2 。 1 仿真的结果 管 ,故 控 制 网格 划分 的数 量 在 3 0万 一 4 0万之 间 , y +方 向 上在 进 气歧管进 气的均匀 性采用进气 不均匀性 的最 大进气 不均匀 3 0 — 2 0 0之间 , 如此 可在一定程度上提高分析的准确度。 E越小代表进 气越均匀 I , 该发动机进气歧管各个支管 考虑到壁 面会 出现边界层 的影 响 , 进气歧管 的流体流 动是 可压 度 E来评价 , . 3 3和 0 . 2 9 ,故在进 气均匀性 粘性流 动 , 故在流体域与 固体域的交界 面上生成边界层 网格1 4 ] 。 为避 的均匀性 系数的最大和最小偏差 为 0 方 面, 该发动机满 足最 大和最小偏差控制在 5 %的范围内的要求 , 该 免歧 管 模 型在 进 出 口边 界 面 上 出现 回流 情 况 , 在 相 应 的进 口 和 出 口 进气歧管 的各个支管 的均匀性 系数 、 流动速度和流量系数都在评价 面处分别拉伸 2 0层左右的网格 。 标准的范围 内, 符合评价标 准 , 由于支管 2的均匀性系数 、 流动速度 1 . 3 边 界 条 件 与工 况 的设 置 故对 支管 2 对模 型进行有限元分 析时边界 条件为 : 人E l 总压 l b a r , 出 口静 和流量 系数较其他 三个支管有较大的变化和不稳定性 , 压0 . 9 7 5 b a r , 空气 的物理性质设置为可压缩粘性 , 温度为 2 0 ℃; 压力 进行单独的分析。 2 . 2 压 力分布 和速度分布 损 失计算边 界条 件为 :空气 的质量 流量 为 1 2 1 - 3 ,出 口静 压为 发动机 进气歧管 的进 口到出 口, 空气 压力逐渐变 小 , 并且没 有 2 b a r , 计 算工况分 为四种情况 , 即其 中一个支管打开其余关闭 。 突变的地方 , 如图 3 所示 。 1 . 4 求 解参 数的设置 图 3为进气歧管 支管 2的空气速度迹线 , 空气从进气歧 管人 口 分析计算时 , 假设空气不 能被 压缩 , 采用离散格式 的插值方式 , 空气在支管 2的稳压腔 内形 成漩 涡 , 并且过小 的转 阶隐式 格式离散时间项 ,选择 S I L M P L E的耦合算 法解 决速度与 进入支 管 2后 , 随后 空气流 向出口的位 置 , 分析认 为过小 压力 的问题 。假设通过进气歧管的空气为理想气体 , 选择零方程模 角导致 空气流动不均匀 , 引起来支管 2的均匀性 系数 、 流动速 型为计算方程 , 使用混合 壁面函数来描述发动机进气歧管 内部各支 的转角导致空气流动不均匀 ,

航空发动机气动性能的数值模拟研究

航空发动机气动性能的数值模拟研究

航空发动机气动性能的数值模拟研究航空发动机的气动性能是其工作效率和可靠性的重要指标。

为了提高航空发动机的性能,研究人员通过数值模拟方法来研究发动机的气动性能,并优化发动机的设计与工艺。

本文将介绍航空发动机气动性能数值模拟研究的意义、方法和应用。

1. 航空发动机气动性能的意义航空发动机的气动性能直接影响航空器的推进力、燃油消耗和飞行性能。

提高航空发动机的气动性能可以有效降低燃油消耗,并提高飞机的速度、载重能力和航程。

因此,研究航空发动机的气动性能对于航空工业的发展至关重要。

2. 数值模拟研究方法航空发动机的气动性能研究通常使用数值模拟方法。

数值模拟是利用计算机模拟真实环境中的流体力学过程,可以更好地理解和分析发动机内外流场的复杂流动现象。

目前,常用的数值模拟方法包括计算流体力学(CFD)和有限元分析(FEA)。

2.1 计算流体力学(CFD)方法计算流体力学是一种利用数值方法解决流体流动问题的数值模拟方法。

它基于流体力学的数值求解方法,并通过分割流场为网格单元来计算流场内的速度、压力和温度等参数。

CFD方法可以模拟复杂的流动现象,如湍流、激波和旋涡等,因此在研究发动机的气动性能时得到了广泛应用。

2.2 有限元分析(FEA)方法有限元分析是一种用于求解连续体力学问题的数值方法。

在航空发动机的气动性能研究中,FEA方法主要用于模拟发动机内部的结构和部件的应力、变形和振动等问题。

通过使用有限元分析,可以更好地了解发动机各部件的力学性能,并优化设计以提高气动性能。

3. 发动机气动性能的数值模拟应用航空发动机的气动性能数值模拟应用广泛,主要包括以下几个方面:3.1 气动外形优化数值模拟可以帮助研究人员优化发动机的外形设计,以减小飞行时的阻力和提高推进效率。

通过分析流动现象和参数分布,可以对发动机的外形进行改进,减小飞行时的气动阻力,提高动力性能。

3.2 湍流模拟湍流是航空发动机内部流场中的一种常见现象,对发动机性能和稳定性有着重要影响。

cfd在现代柴油机进气道开发中的应用

cfd在现代柴油机进气道开发中的应用

cfd在现代柴油机进气道开发中的应用计算流体力学(CFD)是一种利用数值方法解决流体运动问题的工程技术。

它在现代柴油机进气道开发中起着关键作用。

通过模拟和分析流体流动,CFD可以提供有关进气道设计的重要信息,从而改善柴油机的性能和效率。

1. 减小进气阻力使用CFD技术可以对进气道进行优化,减小进气阻力,提高空气流通效率。

通过分析流体运动和压力分布,可以确定最佳进气道形状,降低能量损失,增加进气量,提升发动机的输出功率。

2. 优化燃烧过程CFD可以模拟燃烧过程,预测燃烧效率和排放物生成情况。

通过调整柴油机进气道的几何结构和喷油系统参数,可以改善空燃比分布,减少燃料消耗和排放物的产生。

这对于满足环保法规要求至关重要。

3. 减少噪音和振动CFD技术能够模拟流体在进气道中的振动和噪音特性,帮助设计师定位和消除潜在的噪音和振动源。

通过提前识别问题区域并进行优化,可以减少柴油机的噪声和振动,提高乘坐舒适性。

4. 提升热管理柴油机的进气道也承担着散热的功能。

通过CFD仿真,在进气道内可以更好地理解热传导、对流和辐射等热传输机制,并优化散热装置的布局和设计,以提高发动机的热管理效率,防止过热导致的故障。

5. 验证实验数据CFD可以与实验数据进行对比和验证,提供可靠的工程分析。

通过与实际测量结果进行比较,可以评估模型的准确性,并对模型进行校正和优化,从而更好地指导柴油机进气道的开发工作。

总结CFD在现代柴油机进气道开发中具有不可替代的作用。

它可以帮助优化进气道设计,提高燃烧效率,降低噪音和振动水平,改善热管理,并验证实验数据。

随着技术的不断进步,CFD将继续为柴油机的进一步改进和创新做出重要贡献。

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汽车发动机进气系统的CFD仿真与研究
【摘要】发动机进气系统内气体流动非常复杂,瞬变性强,分布也不均匀而且其内流系统的运动对发动机充气和性能的影响很大。

我们必须熟悉发动机内气体流动的信息,才能根据信息设计出比较合理的进气系统结构。

从而使发动机在进气过程中,充气效率提高,增强缸内气体流动,增大缸内气体在压缩终了时的湍流强度,提高火焰传播效率,从而提高发动机的动力性和减少尾气污染气体的排放。

通过CFD数值模拟方法不仅可以根据计算获得流道内气体流动的大量信息,而且还大大缩减实验周期,是现在研究汽油机进气过程气体流动的重要手段。

本文通过FLUENT的仿真软件对发动机进气系统在压力、速度、湍动能上进行了研究。

本文以某型发动机为研究对象,通过UG对其建立进气系统的三维物理模型,在不影响计算精度的前提下,对三维模
型进行简化。

利用FLUENT前处理软件GAMBIT对物理模型进行网格划分和边界条件的设置,确定流体在进气道内的流动方程。

运算求解器通过图像显示出进气系统内气体流动的压力、速度、湍动能的分布情况。

分析该型发动机进气系统的设计比较合理,缸内气体进气比较充分,但在进气终了时,缸内压力略低,缸内气体未形成滚流运动;在压缩终了时形成的湍流强度不大... 更多还原
【Abstract】 The gas flow within the engine intake system is
very complex and transient, which distribution is uneven. The folw field of the gas determined the performance of engine. Only
we are familiar with the folw field of the gas, can we design a more reasonable structure of air intake system. Through the above measures, it not only improves the charging efficiency and changes the gas flow in cylinder,but also increases the turbulence intensity of gas at the end of the compression process in the intake ... 更多还原
【关键词】发动机;进气系统;CFD;数值模拟;
【Key words】engine;air intake system;CFD;numerical simulation;
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摘要3-5
ABSTRACT 5-7
第一章绪论10-16
1.1 研究的目的和意义10-11
1.2 汽油发动机进气系统CFD研究的发展历程11-13
1.2.1 汽油发动机进气系统CFD研究在国外的发展历程11-12
1.2.2 汽油发动机进气系统CFD研究在国内的发展历程12-13
1.3 本文研究的主要内容13-16
第二章发动机充气效率的主要影响因素16-20
2.1 发动机的进气过程16-17
2.2 汽车发动机换气过程的影响因素17-18
2.3 影响发动机充量系数的因素18-19
2.4 本章小结19-20
第三章CFD理论基础20-32
3.1 CFD基础知识20-23
3.1.1 CFD的基本概述20-21
3.1.2 CFD的应用领域21
3.1.3 CFD求解步骤21-22
3.1.4 FLUEN软件介绍22-23
3.2 进气系统流体流动的理论计算23-25
3.2.1 气体流动的质量守恒方程23-24
3.2.2 气体流动的动量守恒方程24
3.2.3 气体流动的能量守恒方程24-25
3.3 发动机进气系统的湍流基本方程25-28
3.3.1 湍流流动的基本特征25-26
3.3.2 湍流基本方程26
3.3.3 湍流流动的模型26-28
3.4 控制方程离散方法28-29
3.5 离散方程求解29-30
3.6 本章小结30-32
第四章汽车发动机进气系统物理模型分析及确定求解条件32-40
4.1 汽车发动机进气系统物理模型分析32-34
4.2 汽车发动机进气气套的网格划分34-37
4.3 发动机进气系统边界条件37-38
4.4 本章小结38-40
第五章汽车发动机进气系统数值模拟40-56
5.1 发动机进气过程系统内气体的压力变化41-46
5.1.1 进气系统在发动机气门叠开角为30°CA时的压力变化41-43
5.1.2 进气系统在不同曲轴转角下的压力变化43-46
5.2 进气系统内气体速度的变化46-52
5.3 进气系统内气体的湍动能变化52-55
5.4 本章小结55-56
第六章优化后的进气系统的数值模拟与对比56-70
6.1 发动机进气系统的结构优化56-58
6.2 改进后发动机进气系统的数值分析58-68
6.2.1 改进后进气系统的压力变化59-62
6.2.2 改进后发动机进气系统的速度变化62-66
6.2.3 改进后发动机进气系统的湍动能变化66-68
6.3 本章小结68-70
第七章结论70-72
7.1 总结70
7.2 展望70-72 致谢72-74
参考文献。

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