基于CFD的发动机进气道优化设计
用CFDCAD技术对柴油机进气管进行优化设计
应用CFD/CAD 技术对柴油机进气管进行优化设计韩同群,马祥宁(湖北汽车工业学院,湖北十堰442002)摘要:阐述了CFD/C AD 技术在发动机进气系统设计的应用,说明了商用CFD/C AD 软件具有较高的计算精度,可作为发动机的辅助设计的重要工具。
同时给出了某柴油机进气管优化设计的结果。
关键词:CFD ;C AD ;发动机进气管;优化设计中图分类号:TK 413.4 文献标识码:A 文章编号:1000-6494(2006)01-0013-04The Optimum Design of Diesel E ngine I ntake Duct byApplying CFD/CAD TechnologyH AN T ong -qun ,M A X iang -ning(Hubei Institute of Autorm obile Engineering ,Shiyan 442002,China )Abstract :In this paper ,the application of CFD/C AD technology in the design of engine intake system is presented.It concludes that commercial CFD/C AD s oftware had high simulation accuracy and can be used as an important assistant design tool.It als o gives the result of an optimum design of a certain diesel engine intake duct.K ey w ords :CFD ;C AD ;engine intake duct ;optimum design 作者简介:韩同群(1967-),男,硕士,副教授,主要从事内燃机电子控制技术研究。
应用CFD软件对发动机气道进行设计优化
４０摩托车技术２００８．０９
图４改进气道三维稳态流动计算的速度剖面
径，以增加气道的流通能力，提高转速下的充量系
ｏ．７
数ｌ ２）优化气道形状，以消除流动分离现象。改进０．６
气道计算模型如图３所示。
ｏ．５
螽 髅０．４ 删 煺０．３
ｎｓ骖３１０．５９９ ９—０，．６—２８一１ 二…Ｏ．．６３０５．６ｔ ５ ７ ｏ：茹１４ ０．４５８ ６∥Ｕ．Ｄ”ｏ
设计·研究Ｄｅｓｉｇｎ·Ｒｅｓｅａｒｃｈ
应用ＣＦＤ软件对发动机气道进行设计优化
彭北京丁维新胡军峰邓定红胡景彦 （浙江钱江摩托股份有限公司）
Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅ Ｐｏｒｔ Ｄｅｓｉｇｎ Ｕｓｉｎｇ ＣＦＤ Ｓｏｆｔｗａｒｅ
Ｐｅｎｇ Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｄｉｎｇ Ｗｅｉｘｉｎ Ｈｕ Ｊｕｎｆｅｎｇ Ｄｅｎｇ Ｄｉｎｇｈｏｎｇ Ｈｕ Ｊｉｎｇｙａｎ （Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｑｉａｎｊｉｉａｎｇ Ｍｏｔｏｒｃｙｃｌｅ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．）
／０．４５２ ３
ｏ·３５％．３５６ ６
０．２４７么…，
Ｏ．２
／
Ｏ．１
／
一新气道 ＋原气道
０
图３改进气道计算模型图
５改进气道模型计算结果
气门升程，ｍｍ 圈５改进气道－ｆｆ原始气遒流■系数对比
利用ＡＶＬ．ＦＩＥＲ软件建立了原型发动机气道ＣＦＤ 模型，对原型发动机的气道进行了三维稳态ＣＦＤ分
基于CFD仿真分析的某项目进气系统优化
10.16638/ki.1671-7988.2018.07.012基于CFD仿真分析的某项目进气系统优化李光武，邢冠华（华晨汽车工程研究院动力总成综合技术处，辽宁沈阳110141）摘要：进气系统压力损失及系统内的气流均匀度是影响发动机性能（功率，扭矩，寿命）及整车性能（油耗，排放等）的重要指标，根据经验，压力损失每增加1KPa，将损失大约3%的功率、扭矩；如果空气滤芯的气流均匀度不好，将影响空气滤芯的滤清效率及容尘量性能，从而影响发动机性能及寿命；如果空气流量计表面的气流均匀度不好，会影响空气流量计信号，导致EUC控制的喷油量不准确，从而导致油耗变多，排放过高，所以，在进气系统开发过程中，CFD仿真分析显得尤其重要，不仅可以满足发动机性能的要求，对整车油耗及排放也有积极的影响。
关键词：进气系统；CFD仿真；压力损失；气流均匀度中图分类号：U463.6 文献标识码：B 文章编号：1671-7988(2018)07-37-04Using CFD Simulation to Optimize Air Intake SystemLi Guangwu, Xing Guanghua（Brilliance Auto R&D Center, Powertrain Integrated Technology Section, Liaoning Shenyang 110141）Abstract:Pressure loss and inner air flow uniformity of air intake system is an important impact for performance of engine(power, torque, lifetime) and vehicle(fuel consumption, emission and so on), as a rule of thumb, 1KPa increase of pressure loss, power and torque of engine will loss 3%, if inner air flow is not uniform enough, filtration efficiency and duct holding capacity of filter element will be worse and there will be a bad effect for engine performance and lifetime; if the air flow around mass air flow sensor is not uniform enough, it will affect signal of mass air flow sensor, ECU will get wrong information and fuel volume provided to engine will be wrong, and fuel consumption will be higher and a bad effect for emission. So, CFD simulation is very important for air intake system development, it can help fulfill target of engine, and also have a better effect for fuel consumption and emission.Keywords: Air intake system; CFD simulation; pressure loss; air flow uniformityCLC NO.: U463.6 Document Code: B Article ID: 1671-7988(2018)07-37-04前言在进气系统开发前，发动机会对进气系统提出压力损失的目标要求，压力损失是影响发动机性能（功率，扭矩，寿命）及整车性能（油耗，排放等）的重要指标[1]，压力损失在前期无法用样件进行台架验证的前提下，我们可以通过CFD仿真分析去计算进气系统压力损失的性能。
基于CFD分析的某发动机进气歧管结构优化
基于CFD分析的某发动机进气歧管结构优化龙彪;陈良;黄英铭;朱晨虹;占文锋;邵发科【摘要】进气歧管对发动机各缸进气均匀性和发动机动力性具有重要的影响.利用CAD/CFD相结合的手段对某发动机进气歧管的流通性能和进气均匀性进行分析和结构设计优化,结果表明: 优化后的进气歧管具有良好的进气均匀性,满足发动机最大进气量、最大功率和扭矩的要求.并且,进气歧管的均匀性对发动机整体进气均匀性具有关键作用.%Intake manifold has a great influence on intake uniformity and power output of engine. The flow capacity and intake uniformity of an engine intake manifold were analyzed and its structure was optimized based on CAD and CFD. The results show that the optimized intake manifold possesses good uniformity and can meet the demands of the maximum air intake volume, power and torque output of the engine. Besides, the uniformity of the intake manifold is a key point to the overall intake uniformity of engine.【期刊名称】《汽车零部件》【年(卷),期】2018(000)005【总页数】4页(P20-23)【关键词】进气歧管;CFD分析;均匀性;结构优化【作者】龙彪;陈良;黄英铭;朱晨虹;占文锋;邵发科【作者单位】广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院,广东广州 511434;广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院,广东广州 511434;广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院,广东广州 511434;广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院,广东广州 511434;广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院,广东广州511434;广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院,广东广州 511434【正文语种】中文【中图分类】U4640 引言进气歧管作为发动机进气系统的关键零部件，具有将新鲜空气分配到各个缸盖进气道的重要作用，其布置形式和流通结构对进气阻力、进气均匀性和缸内混合气运动有着很大的影响，进而影响发动机的动力性、经济性和排放特性 [1-3]。
基于CFD的大学生方程式赛车发动机进气系统设计优化
基于CFD的大学生方程式赛车发动机进气系统设计优化章东徽;代雪萍;张明;陈文;柏宇星;臧利国【期刊名称】《机电工程技术》【年(卷),期】2024(53)5【摘要】基于大学生方程式汽车大赛规则,为大学生方程式赛车赛用发动机春风650设计全新的进气系统。
基于CFD方法,针对6000转高转速工况下发动机进气系统进行研究。
采用ANSYS Fluent对进气系统进行瞬态三维流场仿真,时间步长设置为0.0005 s。
湍流模型选择为realizable k-ε湍流模型,Velocity-inlet速度设置为15 m/s,压力为标准大气压;pressure-outlet采用expression设置压力波动函数,进气压力曲线由实际测量得出并拟合为正弦函数。
对仿真结果进行后处理,主要对出口质量流量曲线、进气道内速度矢量分布图和压力云图进行分析研究。
通过流场分布得到如下结果:气流在进气系统内呈现出旋转的趋势,弯曲的管道中易形成螺旋气流。
进气系统中的压力波动周期循环,且稳压腔内部压力梯度较小。
设计的进气系统有效提升了进气量,改善了安装限流阀后发动机的性能,能够提升发动机在比赛工况下的工作性能,为FSAE进气系统设计提供了理论指导。
【总页数】4页(P82-85)【作者】章东徽;代雪萍;张明;陈文;柏宇星;臧利国【作者单位】南京工程学院汽车与轨道交通学院【正文语种】中文【中图分类】TH122【相关文献】1.基于CFD分析的某发动机进气歧管结构优化2.基于STAR-CCM+发动机进气歧管CFD分析及优化3.大学生方程式赛车的发动机可变进气技术研究4.基于CFD 方法分析优化天然气发动机进气均匀性因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
应用CFD软件对发动机气道进行设计优化
应用CFD软件对发动机气道进行设计优化
彭北京;丁维新;胡军峰;邓定红;胡景彦
【期刊名称】《摩托车技术》
【年(卷),期】2008(000)009
【摘要】发动机进排气系统的气体流动特性复杂，影响发动机的充气效率和换气损失，对发动机的动力性和经济性有重要影响。
进气道结构复杂，关键部位尺寸对进气流动影响很大，因此找到这些关键部位并合理修改结构是进气道改进工作的重点。
传统模式下对进气道的改进方法主要是在气道测试台上反复进行对比试验，时间周期长；利用CFD／Fire技术可以对气道的CAD模型进行流场模拟并将其可视化，能更加直观地显示出流动结构的不合理之处，使气道结构改进更具有针对性，节省时间。
【总页数】2页(P40-41)
【作者】彭北京;丁维新;胡军峰;邓定红;胡景彦
【作者单位】浙江钱江摩托股份有限公司;浙江钱江摩托股份有限公司;浙江钱江摩托股份有限公司;浙江钱江摩托股份有限公司;浙江钱江摩托股份有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】U4
【相关文献】
1.固体火箭发动机设计优化参数驾驭技术与应用研究——设计空间确定算法及快速优化方法 [J], 欧海英;李晓宇;李洪伟;朱国涛
2.应用AVL-BOOST软件对发动机排气系统设计优化 [J], 丁维新;彭北京;邓定红;胡军峰;胡景彦
3.鱼雷发动机多学科设计优化应用展望 [J], 李斌茂;宇世俊;钱志博;程洪杰
4.发动机研发过程当中CFD软件的应用 [J], 王跃;蔡继业
5.非线性主轴降维映射法在固体火箭发动机设计优化中的应用 [J], 欧海英;张为华;赵经成;付战平
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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。
内燃机进气道的优化设计
关于内燃机进气道的优化设计分析热工101班周维顺1001100135摘要：发动机进气道系统的气体流动特性复杂，影响发动机的充气效率和换气损失，对发动机的动力性和经济性有重要的影响。
以A VL—FIRE软件为平台，进而利用CFD技术进行三维稳态CFD分析和优化，研究发动机内的进气道内的气体流动状况是目前的研究热点。
采用合适的湍流模型和计算方法对发动机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。
通过流场分析，找到了进气道不合理的部位，提出了进气道改进优化措施，并再次进行了数值模拟计算，并进行优化前后的对比，达到内燃机的优化效果。
关键词：内燃机进气道A VL—FIRE CFD 优化措施仿真（1）我们为什么要对内燃机的气道进行优化这是一个值得深思熟虑的问题。
进气道作为发动机进气系统的重要组成部分，其结构直接影响进入气缸的空气量、气体的速度分布及其湍流状况等，这些因素都直接关系到发动机的燃烧过程，从而影响发动机的经济性、动力性和排放性。
因此，对发动机进气道内气体的流动特性进行分析对了解和研究发动机的工作性能是至关重要的。
传统进气道研发采用经验设计和稳流实验相结合的方法，研制周期长且较难得到理想方案，已不能适应现代高性能发动机研制工作的需要。
在现代发动机的研发中，进气道的设计和进气道一气门一燃烧室的匹配变得十分重要。
为获得良好的混合物质量和高燃烧率，新鲜充量的运动需要合适的宏观和微观结构：宏观结构包括缸内大尺度充气运动，如涡流和滚流；微观结构通常用湍流强度、湍流积分尺度和湍流时间尺度来度量，它们决定了火焰的传播速度。
因此由进气过程产生、在进气门关闭时刻建立的缸内流场结构对着火燃烧前燃烧室内的流场结构具有重要影响，并影响后续的燃烧过程。
在发动机产品的开发阶段，应用CFD 能准确找出气道结构不合理的部位，进行改进优化。
能够有效缩短设计周期，降低设计成本。
所以对内燃机的进气道进行优化是很重要的。
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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
本文计算网格由 AVL F IRE软件 [ 6 ]自动网格生成 器 FAM E HYB IRD 生成 ,为了保证计算精度 ,在气门座 圈及气门密封面等部位最小网格尺寸为 0. 5mm ,稳压 腔网格最大尺寸为 8mm ,网格总数约为 80万 ,网格主 要由六面体单元组成 ,另外还包括少量的五面体和四 面体 。图 1是原始进气道的计算模型 :
4 进气道模型的优化设计和分析
4. 1 对原进气道的改进方案包括以下两方面 : 1)增大气门座直径 ,以便增加进气道的流通能
力 ,提高高转速下的充量系数 ; 2)优化进气道的形状 ,以消除流动分离现象 。
4. 2 改进后进气道计算模型如图 3 进气道根据上述方案改进后重新进行三维稳态的
流动计算 ,其速度剖面图见图 4,结果显示 ,流动分离 区消除了 ; 同时进气道流动的当量面积由原来的 240mm2 增大到了 330mm2 ,增大了 33%。改进后的进 气道流量系数最大值达到了 0. 64,比原始进气道流量 系数最大值 (0. 53)增大了近 21%。
O ptim um D esign of In let A ir Core of Eng ine by CFD Technology
Peng Be ijing, D eng D inghong, Hu Junfeng, Hu J ingyan
Zhejiang Q ianjiang Motorcycle Co. , L td. (W enling, Zhejiang, 317500, China).
引言
在发动机开发设计阶段 ,性能参数是非常重要的
考查指标 ,其中有很多参数都要进行优化 ,比如进气 道 、凸轮型线 、压缩比 、进气管内径 、化油器进气孔大小
作者简介 :彭北京 (1976 - ) ,男 ,大本 ,高级工程师 ,研究方向为发动机开发及分析 。
第 3期
彭北京等 : 基于 CFD 的发动机进气道优化设计
接近于气道稳流试验的真实状态 ,所定义的计算空间 还包括稳压腔 、进气道 、进气门 、进气门座圈 、模拟气缸 套和燃烧室 。其中在进气道入口所加的正方形稳压腔 的边长为 3d (其中 d为进气道入口直径 ) ,气缸套长度 取为 2. 5D (D 为气缸直径 ) ,与试验用模拟气缸套长度 基本保持一致 。 2. 2 计算模型的建立及网格划分
3)固定壁面边界选择绝热无滑移 ,采用标准壁面 函数对边界层进行处理 ;
41
小 型 内 燃 机 与 摩 托 车 第 38卷
4)不考虑气缸套与流体之间的热交换 ,在这里只 激活需要求解的方程 ———质量守恒方程 、动量守恒方 程以及标准 k - ε方程 (湍动能和耗散率方程 ) ;
第 38卷 第 3期 2009年 6月
小型内燃机与摩托车 SMALL INTERNAL COMBUSTION ENGINE AND MOTORCYCLE
Vol. 38 No. 3 Jun. 2009
·设计 ·计算 ·
基于 CFD 的发动机进气道优化设计
彭北京 邓定红 胡军峰 胡景彦 (浙江钱江摩托股份有限公司 浙江 温岭 317500)
图 2是三维稳态的流动计算的速度剖面图 ,从图 中可知 ,圆圈处就是气体进入气缸的流动分离剧烈的 地方 ,由于流动分离 ,使得气门与座圈之间的空间没有 得到完全利用 ,结果显示流量系数只有 0. 5314 (实测 0. 53) ,当量流动面积只有 240mm2 ,这对于高速的进 气是十分不利的 。
的一致性 [ 7 ] 。同时可知该原始进气道的流量系数比 通常认为的理想值 0. 7 差距比较大 ,说明原始进气道 有很大的改进余地 。此外 ,从原始进气道三维稳态的 流动计算的速度剖面图中可以看出 ,在图中的 a标记 部位存在流动分离区 。
分量 。
2 数值模拟计算
2. 1 几何模型的建立
气道的几何模型是在 Pro / E中建立的 。首先画出
气道的轨迹线和剖面轮廓线 ,作为气道的基本框架 ,再
用边界混合工具 (Boundary blend tools)建立气道曲面 , 最后将曲面内填充成实体 ,得到气道的几何模型 。
为了使计算更好收敛 ,同时也为了使模拟计算更
等 。如何对这些参数进行优化一直是发动机开发中很
重要的一个环节 。发动机进 、排气系统的气体流动特
性对发动机的动力性和经济性有重要的影响 。进气道
的结构复杂 ,其关键部位的尺寸对进气流动影响很大 ,
因此找到这些关键部位并合理地修改其结构将是进气
道改进工作的重点 [ 1 - 3 ] 。传统模式下对进气道的改进
5)设定收敛准则时收敛精度设为 2 ×10 - 5 ,当各 方程迭代残差均小于收敛精度时 ,认为计算收敛 ,设定 最大迭代循环数为 3000,计算结果以流量系数和滚流 比值趋于稳定判断收敛 。
3 进气道模型计算结果和试验验证
3. 1 气道流量试验 目前气道流量试验台比较权威的研究机构是 R i2
cardo、AVL、FEV 世 界 三 大 发 动 机 设 计 公 司 和 美 国 SouthW est研究 院 等 。本 文 气 道 流 量 试 验 采 用 的 是 AVL 气道流量试验台 ,其最大特点是对滚流测量采用 激光多普勒 (LDA )测速技术 。该测量方法具有高精 度 、高重复性 ,对测量流场无任何干扰等特点 。气道试 验开发通常分为两个阶段 ,前期试验用气道模型采用 芯盒模型 ,进行气道选型与优化 ,在气缸盖设计完毕后 再采用气缸盖直接进行气道流量试验进行验证性试 验 。基于不同的假定条件 ,各大发动机设计公司都衍 生出了各自气道性能评价体系 ,其流量系数及滚流比 计算方法各不相同 ,本文中所使用的是 AVL 气道性能 评价体系 。 3. 2 原始进气道模型计算结果分析
机 ,样机试制后进行性能测试 ,发动机整体性能离设计
目标要求存在一定的差距 。经查找原因 ,发现发动机
的进气道的原始设计不合理 ,同时进气道的实物质量
也有些问题 。为此 ,本文利用 AVL - F IER软件建立了
原型发动机进气道 CFD 模型 ,对原型发动机的进气道
进行了三维稳态 CFD 分析和优化 。
方法主要是在进气道流量测试台上反复的进行对比试
验 ,时间周期长且有一定的盲目性 [ 4 ] 。利用 CFD / Fire
技术可以对进气道的 CAD 模型进行流场模拟并将其
可视化 ,能更加直观的显示出流动结构的不合理之处 ,
使进气道的结构改进更具有针对性 。
本公司全新设计 、开发了一款水冷 125mL 发动
1 数学模型
流体的控制方程是反映流体本质的数学模型 ,即