发动机进气道的优化仿真
发动机进气系统性能仿真及降噪优化
一
损 失 、 气 口噪声 、 入 损 失进 行 评价 ； 体 动 力 性 进 插 气 能采 用压 力损 失进 行 评价 。本文 主 要通 过进 气 口 噪声 、 入损 失和压 力损 失来评 价消 声元件 性 能 。 插
个模 型里 完成 。 进 气 口噪 声 模 型 在 进 气 口位 置添 加 一个 麦 克
英 国汽 车 工业 研 究 协会 的研 究发 现 ， 车 噪声 汽 中 以发 动机 噪 声 为 最大 ｕ 。降低 汽 车 噪 声 ， 从 降 要
放 标准 和 噪 声标 准 的 日益严 格 ， 考 虑排 气系 统 噪 只 声 优化 已经 不 能满足 限值要 求 ， 因此 有必 要对 发 动
声。
４ ３
直 管长度 定义 。 ２４ 消声 元件性 能评 价模 型 ．
对进 气 消 声 元 件 的评 价 指 标 主 要 包 括 两 个 方
面 ： 声性 能 和气 体 动 力性 能 。消 声性 能采 用 传 递 消
分别 将 ２２ ２３中的消 声 元件 与发 动 机耦 合 ， ．、 － 建 立 性 能评价 模 型 ， 进气 口噪声 、 将 压力损 失 的计算 在
步优化 。
ｌＯ Ｏ ９ Ｏ
最 大 功 率 （Ｗ／ ／ ｎ） ｋ （ｍｉ ｒ ） 最 大 扭矩 （ ｍ （ ｍｉ） Ｎ．／ ／ ｎ） ｒ 气 缸 点火 顺 序
试析某汽油发动机进气道的优化仿真
试析某汽油发动机进气道的优化仿真牛彩云;陈浩平;叶燕帅【摘要】发动机是汽车车辆的重要组成部分,其主要功能是为汽车运行提供足够动力.但是在汽车使用过程中,发动机进气道噪音问题还时常存在,并且一直是一个难以解决的问题,所以就需要对发动机进气道进行优化改造,在保证发动机性能的基础上降低噪音污染.针对发动机进气道的优化仿真进行分析,对发动机进气道进行深入研究,希望为发动机进气系统性能优化提供帮助.【期刊名称】《现代制造技术与装备》【年(卷),期】2018(000)012【总页数】2页(P145-146)【关键词】发动机;进气道;优化仿真【作者】牛彩云;陈浩平;叶燕帅【作者单位】广西科技大学,柳州 545006;广西科技大学,柳州 545006;广西科技大学,柳州 545006【正文语种】中文发动机进气系统是车辆产生噪声的主要原因，但进气道产生噪声的原因很复杂，包含了很多影响因素，管口噪声就是非常重要噪音组成部分。
目前，发动机进气系统仿真优化主要集中在一维声学方面，并不能将消声原件模型实现参数化。
另外因为进气系统消声元件声学模型没有实现参数化，导致进气系统声学性能试验设计以及近似模型与优化等都不能有效进行，这对进气系统开发周期产生了严重影响，所以需要进一步对仿真模型进行探索和研究，实现发动机优化仿真，对发动机进气系统声学性能进行改善，保证其能够更好地达到车内外噪声标准。
1 发动机进气道声学理论发动机进气系统主要由管道与消声元件组成，在对进气系统的声学性能进行设计中，需要对频率范围进行考虑，如果声波波长要远远大于管道直径以及消声元件整体尺寸，则认为声波在该进气系统内是一种平面波形式进行传播的。
因此，一般使用管道声学对进气系统声波传播特性进行分析，而管道声学是一种研究声波于管道内进行一维声学的传播[1]。
2 发动机进气噪音的产生机理发动机的进排气门在使用中会产生周期性的开闭，导致进气管道内空气压力和密度产生相应起伏变化，从而发出空气动力噪音，即进气噪音。
基于CFD的发动机进气道优化设计
Abstract: The gas flow ing characteristic of intake and exhaust system in engine is very comp lex. It could not only affect the volumetric efficiency and the gas exchange loss, but also has important influence on the dynam2 ic p roperty and econom ical efficiency. During the development of a new type 125cc water2cooling engine, the samp le engine performance test indicates that the integrity performance has a gap comparing to the original de2 sign requirements and the original design of intake passage has some defects. In this passage, a CFD model of the p rototype engine’s intake gas passage was built using AVL - F IER and a 3D steady CFD analysis and op ti2 m ization were carried out. A t first, the original gas passage model was validated by the test result, then op ti2 m um analysis basic on the model was p rocessed. The calculation results show that the flux coefficient of the op tim ized real passage is 21% larger than that of the original one; the original real passage was imp roved ac2 cording to the op tim ized solution, and the contrasting test result show s that the flux coefficient is larger than the original one by 19%. Keywords: Engine, Inlet air core, CFD , AVL - F IER
基于CFD的柴油机排气道仿真与优化设计
结构与可靠性收稿日期:2009211230;修回日期:2010204216作者简介:殷玉恩(1982~),男,工程师,主要研究方向为内燃机工作过程数值模拟,E -m ai:lyi nyu en @1631co m 。
基于CFD 的柴油机排气道仿真与优化设计殷玉恩,康彦红,刘 胜,田永海(中国北方发动机研究所,山西大同037036)摘 要:建立了某柴油机排气道流体域三维模型并进行稳态CFD 计算,发现排气道流通性较差;在对排气道内部流场进行分析的基础上,指出了排气道结构上的不足之处,并针对性地进行了改进设计。
改进后排气道的仿真结果显示:排气道性能获得了较大提升。
关键词:柴油机;排气道;CFD ;优化设计中图分类号:TK42314+4 文献标识码:A 文章编号:1001-4357(2010)05-0031-03Sim u l a tion and O p tim iza ti on D esign of the D iesel Engi n e p s ExhaustPor t B ased on C FDY i n Yuen,K ang Y anhong ,L i u Sh e n g ,T ian Y ongha i (China North Engi n e Research Institute ,Shanxi D atong 037036)Abs tr a c :t The interna l fl u id do m ain 3D mode l of the exhaust port of a d i e sel engi n e was established and the steady-state CFD ca lculati o n was carried on .The resu lts sho w that the fl o w i n g perf or m ance of theexhaust port is bad .Then the deficiency is pointed out and the exhaust port is opti m ized aga i n st the defi 2ciency .The si m u lation resu lts sho w that the perf or m ance of the opti m ized exhaust port has been greatly i n creased .Ke yw ords :d iese;l exhaust por;t CFD ;opti m iz ati o n desi g n1 概 述进排气系统对发动机的充气效率和换气损失有重要影响,进而影响发动机的动力性和经济性。
机车柴油机进气道的仿真计算及结构优化
机车柴油机进气道的仿真计算及结构优化韩运动;陈大伟;王万静【摘要】By integrating numerical simulation and steady flow testing of the intake port, e. g. , a solid modeling of the intake port with 3 - D modeling software （UG） and the boundary conditions for simulation generated by steady flow test data, the flow fields under different valve lifts are obtained with the help of AVL - FIRE software which implements numerical simulation of 3 -D flow fields in the intake port by utilizing proper turbulence models and computing methods. The calculation of the performance evaluation parameters （flow coefficient and turbulence ratio）of the intake port coincides well with the test results of steady flow, which verifies the feasibility of assessing intake port with numerical simulation. With the aid of flow field analysis, improper positions in the intake port are pinpointed and improvement approaches to the port are proposed, following a numerical simulation once again. Calculation indicates that the inlet flow of the modified intake port structure is greatly increased and the inlet flow condition is consequently improved, which will surely contribute to the performance enhancement of 16V240ZJB diesel engine.%为了改进16V240ZJB型柴油机性能，借助模拟计算与气道稳流试验相结合的方法，首先利用三维造型软件UG对气道进行实体建模，然后利用气道稳流试验数据为模拟计算提供边界条件，以AVL—FIRE软件为平台，采用合适的湍流模型和计算方法对气道内的三维流场进行数值模拟，得到了不同气门升程下详细的流场信息。
汽车进气岐管-CAESES仿真优化经验分享
汽车进气岐管-CAESES仿真优化经验分享进气岐管是汽车进气管之后到气缸盖进气道之间的进气管路，对于气道燃油喷射式发动机或者柴油机来说，它的功能是将洁净的空气持续分配给各缸进气道。
在脉冲式吸气过程中，为了各个气缸燃烧状况相同，要求每个气缸的进气状况尽可能保持一致（图1所示）。
图1 进气岐管-来自网络因此，在进气岐管设计时除了减少流动损失之外，还要求各缸进气口流速和压力均匀。
在仿真设计过程中，因进气岐管造型复杂，通过单一参数的调节往往无法得到理想方案，且耗时耗力。
本文采用CAESES软件对进气岐管进行全参数化建模，链接商业仿真软件（如Star-CCM+）对多个关键参数进行同时优化，通过自动化仿真计算快速高效地得到了优化方案。
本次分享的输入条件为进气歧管，对已有参考模型进行参数优化建模仿真。
整个仿真优化过程依托于CAESES仿真优化软件进行，主要分为CAESES参数化建模、CFD仿真及脚本录制、软件链接仿真优化三个部分。
希望本人的优化尝试能让大家对CAESES这款软件更为了解，同时也能为进气岐管或是类似模型的仿真优化提供思路。
一、CAESES参数化建模本方案的进气歧管连接有4个气缸，进气管与4个出气口之间通过一个腔室进行串联，同时实现气流分配。
整个CAESES参数化建模过程主要为8个步骤（如图2所示），参考已有模型尺寸及位置，分别创建入口段、中间腔体和4个出口段；接着创建入口和出口分别与中间腔体之间的连接段；然后对中间腔体和其他连接曲面进行分割及闭合处理，并得到完整进气岐管模型。
图2 进气歧管参数化建模过程模型变形，除了全参数化建模，还可以针对已有模型通过“Free Form Deformation”自由变形、直接参数控制、间接关联控制等多种方法对现有模型进行外形变化（如图3所示），通过对关键位置的变形控制获取不同方案的CFD 结果，从而达到优化的目的。
（a）Free FormDeformation （b）直接参数控制（c）间接关联控制图3 参数变化演示二、软件链接仿真优化网格生成及CFD计算采用现在较为流行的商业仿真软件Star-CCM+，参数化建模生成“stl”数模，仿真计算流程生成“java”脚本文件，整个仿真优化流程如图4所示。
天然气发动机进气道改进设计与性能仿真计算
内燃机与动力装置 INTERNAL COMBUSTION ENGINE & POWERPLANT
DOI： 10.19471/kh 1673-6397.2019.03.009
Vol. 36 No 3 Jun.2019
天然气发动机进气道改进设计与性能仿真计算
王晓艳贾德民V，王波田红霞V
2019,36(3) ：51-55.
WANG Xiaoyan，JIN Demin，WANG Bo，ct al. Improved design and performance simulation of natural gas
engine intake port' J]. Internal Combustion Engine & Powerplant，2019，36(3) ：51 -55.
52
内燃机与动力装置
2019年6月第36卷
气道$切向气道形成的气流沿缸壁旋转，形成一定的涡流;螺
旋气道形 强烈的进气，
加形成强 $对于气
体机而言，空气与天然气已在进入气缸前混合好，过大的进气
不仅不利于提升充气效率，而 易吹灭火花塞点火形
成的火核，燃不 和天然气消耗量增加。
影响进气道的结
很点燃式天然气发动机对缸内流动的需求，改善燃烧过程和发动机性能$
关键词:天然气发动机;进气道;滚流比;优化计算
中图分类号:TK433.44
文献标志码:A
文章编号：1673-6397(2019)03-0051-05
引用格式：王晓艳，贾德民，王波，等.天然气发动机进气道改进设计与性能仿真计算[J].内燃机与动力装置，
(1.内燃机可靠性国家重点实验室，山东 潍坊 261061 ；2.潍柴动力股份有限公司，山东 潍坊 261061)
浅谈节能赛车发动机进气道优化方法
用 avl 评价方法。 流量系数：在发动机进气道数值模拟计算中，无量纲流
量系数 Cf 表示通过气道的实际流量与理论流量之比。
量流量
，将出口边界作为实际质量流量 mactual，理论质
式中：
为进气门座圈面积；dv 为进气门座圈直
径；n=1 为进气门数；ρ 为缸内气体密度；∆p 为气道进出口
压差；
为平均密度；ρ0 为缸外大气密度。
S=R+L-Rcosα-Lcosβ=R(1-cosα)+L(1-cosβ)
需要的是对人民与社会经济的负责。承办的两个重点单位是 全国的各大高校与相关企业，最直接的培育对象是需要具备 扎实基本功，了解互联网内容，并具有一定创新意识与能力 的新一代青年才俊。使学生的理论知识与能力更加贴近社会 的实际，这不仅仅是对学生的肯定，更是对企业和社会的负责。
硅 胶 倒 模、3D 扫 描、UG 逆 向 建模。
进气道 - 气门 - 气缸。 2 控制方程
利用 Fluent 对发动机进气道与 缸内气体流场包括：气体质量、动量、 能量守恒及状态方程。本身发动机 图 1 进气道三维模型 进气过程为可压缩三维非定常流并 伴随有摩擦与发热现象。为了简化分析过程，我们采用时均
方程加湍流模型 k-ε 方程的方法。 2.1 质量守恒方程
2.2 动量守恒方程
2.3 能量守恒方程
2.4 选用 k-ε 湍流方程 对于模型有很高的计算精度，能达到预期效果。
3 边界条件设定 采用固定壁面边界，假定为绝热的，无滑移，边界层采
用标准壁面函数，壁面温度边界设为定温 293.15K。选择初 始化模式为有势场。进出口边界取压力差 3kPa，即进口为标 准大气压，总压设为 100kPa；出口取静压 97kPa。气道内气 体的流动是三维可压缩黏性流动，气流成分取标准空气。压 力为பைடு நூலகம்98kPa，密度为 31.164 81kg/m，我们选择中心差分法 对流动方程进行离散求解。 4 进气速度计算
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发动机进气道的优化仿真
【摘要】通过对进气道内气体流动的三维数值模拟计算，可获得流量系数，气道内压力、流速等参数的空间分布，并建立气道形状、安装位置与气体流动特性（包括流量系数等）的关系，为汽车发动机进、排气道的设计与改进提供依据。
【关键词】进气道；模型；仿真
1.引言
进气道气流流动状态最终直接影响发动机经济性、排放性以及动力性。
因此，发动机进气道的理论研究和实际工程的设计成为发动机研究者的重要课题之一。
传统的进气道设计流程是经验设计加稳流试验台上的反复试验。
在设计开发中存在着较大的盲目性与局限性，不仅设计开发期长，耗费大，而且较难得到理想的方案。
通过对进气道内气体流动的三维数值模拟计算，可获得流量系数，气道内压力、流速等参数的空间分布，并建立气道形状、安装位置与气体流动特性（包括流量数等）的关系，为汽车发动机进、排气道的设计与改进提供依据。
2.工作流程
工作流程如图1所示。
基本控制方程通常包括质量守恒方程、能量守恒方程、动量守恒方程，以及这些方程相应的定解条件。
确定离散化方法。
即确定高精度、高效率的离散化方法，具体的说就是确定针对控制方程的离散化法，如有限差分法、有限元法、有限体积法等。
这里的离散方法不仅包括微分方程的离散方法及求解方法，还包括贴体坐标的建立、边界条件的处理等。
图1 工作流程图
3.模型的建立
气缸直径取68mm，气缸的长度为170mm。
在进气道进口处增加一个稳压箱，作用时使进气道入口处的气流流动状态稳定，这样便在计算入口边界条件中施加了一个稳定的压力条件。
发动机进气道如图2所示，气缸简化为圆柱体，气缸盖如图3所示，进气道-气门-气缸如图4所示，最终计算用模型如图5所示。
本文采用六面体和四面体的混合网格，在稳压箱及气缸内采用六面体网格，在进气道、气门、气缸盖处采用非结构化网格。
这样既节省了运算时间，又解决了进气道处外形结构复杂区的网格划分。
将入口、出口、气缸壁面等分别创建PART，以增加边界条件；将进气道-气门-气缸盖所在空间创建BODY命名为LIVE1并保证该点在各个棉所围成的空间内，如图6所示。
由于四面体网格生成是以BODY为单位进行的，将稳压箱、气缸部分创建块，利用约束、拉伸块等工具创建、分割块，以适应本部分体积结构。
并在此部分生成六面体网格，对局部网格进行加密，并检查网格质量。
生成四面体网格。
生成四面体网格时需要对
边界处进行加密，以便观察近壁面处，且确保壁面函数法有效，如图7所示。
图6 创建PART及BODY 图7 生成的网格
网格数目、类型及体积如表1所示。
4.气道模拟仿真结果与分析
图8是当气门升程为8mm时，截面a上的速度分布图，由图可知排气门处（即图中1）、喉口位置（即图中2和3处）及气门下方可以很明显的看见此气道存在明显的滞止回流区，以上地方会造成缸内混合不均匀，极大的影响发动机的排放性能机动力性能，设计时需要对以上地方进行修改。
图中4处气流与气门头部发生碰撞，气流流动方向发生改变，并消耗了气流流动动能。
其流动能的减小与流动方向的变化导致4处气流速度减小。
在三维建模时尽量增大4处的圆角，这样就能减小交接处的碰撞。
图8 截面a处的速度矢
图9为当气门升程为8mm时，截面a的速度等值线云图。
由图可知在气门喉口位置的速度等值线分布很不均匀。
其中速度等值线在喉口位置相对进气道等其他地方要密，表明喉口位置速度比进气道其他位置速度要大。
气门下方有两个地方速度比气道其他地方速度等值线要密（图中1和2处），其分布是以这两处为中心成漩涡状。
这也可以说明上述位置会产生很强的滚流。
图9 截面a的速度等值线云图
5.结论
运用三维造型软件Auto CAD，建立气道-气门-气缸实体模型，利用Ansys，建立包括气道一气门一气缸在内的计算域网格，利用Ansys对Auto CAD建立好的计算模型划分网格，进行三维模拟计算。
通过三维数值模拟找出了气道几何不合理的部分，采用CAD/CFD进行优化，为汽车发动机进、排气道的设计与改进提供依据。
参考文献
[1]周光桐.流体力学[M].北京：高等教育出版社（2版），2000.
[2]石皓天.GDI发动机进气系统的数值模拟研究[D].天津：天津大学，2008.
[3]王福军.计算流体动力学分析——CFD软件原理与应用[M].北京：清华大学出版社，2004.
[4]张师帅.计算流体动力学及其应用—CFD软件的原理与应用[M].武汉：华
中科技大学出版社，2011，1.。