167FMI汽油机气道及缸内气体流动数值模拟

摘要

日益严重的环境问题与能源问题迫使发动机的性能不断提高。发动机的进气过程对发动机的动力性、燃油经济性及排放性能有着深刻的影响。本文在稳流试验的基础上，利用成熟CFD软件FIRE对167FMI汽油机的三种气道进行了气道—气缸内气体流动的稳态与瞬态模拟计算，对三种气道在进气性能及对缸内气流的组织能力等方面进行分析比较。
　　通过搭建稳流试验台对三种气道进行测试，对结果进行处理，得到三种气道的流量系数，并对该结果进行验证，说明搭建的试验台可用于工程实际应用。将这三种气道的流量系数与其他机型的流量系数进行对比，指出此机型的流通能力处于中上水平。将稳流模拟计算的结果与试验值进行比较，整体大致吻合。
　　划分动网格，对三种气道分别进行进气和压缩过程的瞬态模拟，分析不同曲轴转角下各气道缸内流场的分布，比较速度迹线图发现气道二与气道三在压缩过程形成大尺度的滚流运动，并能保持到压缩终了，而气道一滚流涡旋则较早的破碎致使其在上止点附近缸内的湍动能明显低于气道一与气道三，这不利于混合气的快速稳定地燃烧。最后指出气道中存在的回流区域及进气阻力较大的位置，提出改进建议。
　　文章利用稳态和瞬态数值模拟的方法对同一机型的不同气道进行分析比较，揭示其缸内流场的差异，为气道的设计与改进提供方向与依据。

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1 绪 论

1.1研究的背景及意义

1.2 气道流动数值模拟研究在国内外的发展及研究现状

1.2.1国外进气道流动模拟的发展及现状

1.2.2国内进气道流动模拟的发展及现状

1.3本文主要研究内容

2 167FMI发动机进气道稳流试验测试

2.1气道几何构造与特征

2.2气道稳流试验测试

2.2.1气道评价方法

2.2.2稳流试验测试与结果的处理

2.2.3试验处理方法的验证

2.2.4不同机型间流量系数的比较

2.3本章小结

3 不同进气道的稳态数值模拟分析

3.1进气道气体流动数值模拟基础

3.1.1流体控制方程

3.1.2控制方程的离散方法

3.1.3 SIMPLE算法

3.2稳态计算模型及边界条件

3.2.1几何模型的处理及网格划分

3.2.2边界条件及模型初始化

3.3计算模型的验证

3.4不同气道流场特性对比

3.4.1 稳流分析截图位置的选取

3.4.2 气道速度与迹线分布图的分析

3.4.3 气道湍动能分布图的分析

3.4.4各气道滚流比的比较

3.4.5 气道改进的建议

3.5本章小结

4 不同进气道－缸内气体流动瞬态数值模拟

4.1汽油机瞬态计算模型的建立

4.1.1 几何模型的建立

4.1.2 动态网格的建立

4.1.3初始条件和边界条件的确定

4.2 不同气道缸内流场运动变化过程分析

4.2.1速度与迹线分布图的分析对比

4.2.2湍动能的分析对比

4.2.3气道改进的建议

4.3 本章小结

5全文总结及工作展望

5.1 本文总结

5.2工作展望

致谢

参考文献