汽油机气道及缸内气体流动数值模拟

摘要

开发低排放和低油耗的汽油机是当今汽油机发展的重要方向。缸内混合气的燃烧速度极大地受到汽油机进气道一气缸内部气体复杂流动状态的影响，进而对发动机的动力性、经济性和排放性能造成影响。随着计算机技术的飞速发展，利用数值模拟的方法研究发动机工作过程也越来越受到重视。该文运用三维数值模拟技术，依据计算流体力学基本原理，针对158FMI汽油机进行了进气道-缸内气体流动过程的数值模拟研究。
　　 通过稳态数值模拟发现，缸内流场中出现明显的滚流和两个方向相反的对称涡流，气道结构设计合理。计算流量系数与气道试验的最大误差在8％左右，平均误差5％以内。仿真与实验结果吻合较好。
　　 采用动网格技术快速生成计算网格，瞬态模拟给出了缸内速度场和湍动能场，获得了较详细的流场信息。通过对原机模型进行瞬态模拟，比较分析发现，缸内不但形成了大尺度的斜轴涡旋即滚流，而且这一有序空气运动到压缩上止点前后依然能够保持不破碎。分析优化模型的湍动能分布表明，优化模型凹顶活塞的压缩挤流作用更加明显。到压缩上止点附近时刻，湍动能核心能量与平顶活塞缸内分布相比，保持的能量较大，这一较大的湍动核心能量有助于火焰传播速度的提高，进而对提高燃烧稳定性和热效率都是十分有利的。
　　 该文通过对发动机气道及缸内流场进行稳态与瞬态模拟分析，揭示了缸内流场的运动特征和燃烧室结构对瞬态流场演化的影响，为发动机气道结构和燃烧室结构设计提供了理论指导。