基于CFD的发动机进气道优化设计

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的影响.在某水冷125mL发动机研制过程中,样机性能测试表明,发动机整体性能偏离设计目标要求,发动机的进气道的设计存在缺陷.本文利用AVL-FIER软件建立了原型发动机进气道CFD模型,进行三维稳态CFD分析和优化.首先利用实验结果验证了原始气道计算模型,并进行优化分析.计算结果表明,优化后的进气道比原始进气道流量系数最大值增大了近21%.按优化后的方案对原始气道实物进行改进,样机对比测试结果表明,按优化后的方案改进的气道实测流量系数比原始气道增大了19%.     

发动机螺旋进气道三维流场数值模拟及试验研究

利用CATIA V5R14对某发动机螺旋进气道进行了三维造型,然后利用Ricardo三维流体软件VECTIS进行流体计算,并对该气道进行了稳流试验,计算结果与试验对比发现,平均流量系数与里卡多涡流比吻合较好,而且CFD可以获得大量试验无法获得的信息。因此CFD已成为现代设计优化气道不可缺少的重要技术。但由于CFD相对试验来说耗时长,而且各气门升程下计算数据波动较大,故目前开发优化气道流程中CFD仍不能完全替代气道稳流试验。最后对该气道流量系数不高的问题提出了改进建议。     

进气道螺旋段结构参数对流动特性影响的研究

用CFD软件进行了柴油机螺旋进气道流动特性的三维数值模拟;利用气道稳流试验台验证了模拟计算的准确性,分析了螺旋段的结构参数对流场特性的影响。研究发现:由于螺旋气道结构的复杂性,螺旋段结构参数对气道性能的影响十分复杂,其中,影响较敏感的结构参数为过渡圆半径、蜗壳半径和气门凸台高度。     

柴油机螺旋气道结构参数对其流动特性的影响

针对柴油机复杂的螺旋进气道结构,在前期螺旋进气道的参数化设计方法研究的基础上,结合气道稳流模拟试验,建立不同结构的螺旋进气道流动仿真模型。采用计算流体动力学三维模拟的方法研究了螺旋进气道最小截面处的几何形状、螺旋段螺旋半径和螺旋终止角等结构参数对气道流动特性的影响关系。研究结果表明:通过改变螺旋气道最小截面处外侧形状、增大最小截面积和改变螺旋段形状、增大螺旋半径,可增大气道平均流量系数,降低平均涡流比;改变最小截面处内侧形状和改变螺旋段螺旋终止角对气道流动特性的影响较为复杂,不呈现单调变化规律。     

CFD辅助发动机进气道设计方法研究

在LJ377MV发动机设计中，以其进气道几何模型为基础，借鉴相关机型的气道稳流试验数据，运用计算流体动力学理（CFD）和有关数值计算方法，对4种不同气门升程下的进气道-缸内流场特性进行了计算分析。建立了评价进气道稳流特性的有关计算模型，给出了其进气流量、进气道内气流分布、不同气门升程下缸内流场特性、流量系数和涡流比等参数，为进气道性能优化、评价和再设计提供了方法和依据。     

气道稳流模拟试验系统开发及评价方法数值处理分析

气道稳流模拟试验可以模拟实际发动机的进气状况，评估发动机进气系统的流通特性及进气道涡流形成能力，为发动机进气系统开发及燃烧过程研究提供重要的试验依据。本开发的发动机气道稳流模拟试验系统采用上下位机结构实现两级控制，具有自动化程度高、安全可靠、便于扩展维护的特点，实现上位测控软件的智能化设计，采用的数值处理方法使试验结果的计算精度得到明显提升。     

直喷式柴油机螺旋进气道性能试验及评价方法

螺旋进气道特性(涡流比、流量系数)对柴油机性能有重要影响。介绍了发动机气道稳流试验装置及FEV和Ricardo两种气道评价方法的计算、特点、差异和适用性;通过对YC6108Q型柴油机六个进气道的稳流试验及对比分析,提出了保证进气道流量系数和涡流比值稳定性和均匀性的措施。     

进气道生产一致性对汽油机性能影响及设计优化

采用AVL TIPPLEMAN气道稳态试验台对某现生产气道喷射汽油机缸盖气道性能进行批量测试,结果显示该发动机缸盖气道生产一致性较差。选择了其中高中低3种滚流水平缸盖进行发动机性能试验。试验发现,生产偏差造成的滚流差异对性能有较大的影响,低滚流气道有利于该发动机外特性提升。为此进行了进气道性能鲁棒性CFD模拟分析,研究了气道偏移对气道性能的影响,并通过优化气道局部结构,显著改善了缸盖气道性能设计鲁棒性,优化后气道滚流对气道偏移的敏感度降低了50%,并进行了气道试验验证和发动机性能试验。     

通用小型汽油机进气道CFD模拟计算与分析

本文通过气道稳流试验和CFD模拟计算求得168F通用小型汽油机进气道的流量系数,将模拟计算和试验得到的流量系数进行了对比分析.并且通过对气道内气体流动速度矢量分布的分析,研究如何在满足铸造工艺的同时提高气道的流通性,改善发动机的综合性能.     

涡轮增压柴油机进气道试验与CFD计算改进研究

为提高某涡轮增压柴油机螺旋进气道工作性能,采用稳流气道试验与CFD数值模拟计算相结合的方法.在原气道与计算结果的最大相对误差小于5%时,对进气道模型做多方案改进讨论,包括气门形状改变、气门座外形改变、进气道外形改变,并进行了方案组合.最终优化方案使进气道平均流量系数CF得到较大提高,并适当降低了平均涡流比Rs,该方案得到试验的进一步验证.     

双切向进气道柴油机进气过程的三维瞬态数值模拟分析

为了改善柴油机进气系统的进气特性,利用计算流体力学(CFD)软件对长短结合的双切向进气道进气过程进行三维瞬态数值模拟,获得了进气过程中气缸内部流体的速度场和湍动能的变化规律,揭示了其涡流从双涡流结构向单涡流结构的形成过程.在此基础上,对此气道和ZH1105W气道进行了稳流试验并对比,结果表明所设计的双切向进气道可在气缸形成较强的涡流,具有较好的流通特性.     

柴油机螺旋进气道结构优化与CFD分析

采用数值模拟方法对卧式二缸柴油机进气道的流动特性进行了研究,根据计算流体力学(CFD)仿真计算结果,分析了进气道以及缸内气体的流动特性,并针对气道最小截面的2种修改方案进行了对比分析,分别得出了3种气道模型方案的流量系数和涡流比以及气道性能的变化趋势.计算结果表明:与原气道对比,方案A的平均涡流比提高14.5%,而方案B的平均流量系数提高5.4%,因此可见最小截面面积是影响气道性能的主要结构参数之一,在螺旋进气道修正设计过程中应予以充分重视,以便有效控制和提高气道性能.     

数值模拟方法在柴油机进气道改进中的应用

以实际产品为研究对象 ,将三维数值模拟方法应用于柴油机螺旋进气道的改进设计中。根据模拟计算结果对气道流场结构进行了分析 ,找出了气道结构中不合理的部位 ,对此部位进行修改 ,再进行三维数值模拟。结果表明 :修改后的气道具有更合适的流场结构 ,从而具有更高的流量系数和更合适的涡流比。将原气道和修改后的气道分别进行气道稳流试验台试验 ,试验结果与计算结果吻合良好。     

四气门柴油机进气道组合对涡流和流量影响的研究

四气门柴油机进行气道可以选用不同类型的进气道进行组合,如二个螺旋进气道、二个切向进气道或一个切向进气道一个螺旋进气道等。螺旋进气道和切向进气道气门出口处气流分布不同,不同的气道组合对进气涡流影响必然不同。本文介绍了在气道稳流试验台上进行试验研究的结果。     

基于Solidworks的柴油机螺旋进气道参数化设计

柴油机进气道对整机的性能有着关键性的影响,目前国内对螺旋进气道的设计主要采用逆向设计,正向设计使用较少。我们使用三维造型软件进行了螺旋进气道的正向设计,并利用CFD计算结果对设计进行了改进,通过气道稳态试验对设计结果进行了验证,结果显示CFD计算结果与试验结果较一致,证明该方法在工程运用中是可行的。     

四气门汽油机进气道气流运动的三维数值模拟研究

利用三维流体动力学软件对实际四气门汽油机进气道的气流运动进行了气道稳流试验台的三维数值模拟计算.计算结果显示出在气道稳流试验台条件下的三维空气流动的详细状况,并表明在发动机缸内可以形成明显的滚流.气道流动性能评价参数的计算与试验结果比较表明：数值模拟的精度较高,可为发动机气道设计开发提供理论依据.     

进气道的制造质量对汽车柴油机气缸内进气涡流构成的影响

气缸内充量的涡流强度是影响汽车和拖拉机发动机工作过程最重要的因素之一。为了在发动机研制阶段评定这一强度,除了采用风速仪之外,还广泛地采用在稳流条件下向气缸盖内进气道吹气的试验方法,以便按反作用式整流格栅测得的累积循环量求出综合的强度参数(苏联189183号发明证书)。近年来,广泛地采用螺旋进气道,因为据稳流装置测定,当螺旋进气道与对比的切向进气道的充量涡流累积强度相同时,螺旋进气道可降低排气烟度并改善燃油经济性。但有螺旋进气道的发动机与有切向进气道的发动机不同。其区别是:当更换按同一图纸制造且充量涡流累积强度差别较小的气缸盖时,前者的有效指标变化较大。     

某型高压共轨柴油机进气道设计与制造研究

柴油机进入气缸的空气量和涡流强度由进气道几何形状决定,进气特性对缸内燃烧特性有重要的影响。本文采用现代逆向设计方法,对某高压共轨柴油机进气道进行设计,获得符合要求的进气道形状,利用AVL软件对气道进行CFD流动仿真分析,根据结果进行优化改进,达到理想的燃油与空气运动特性,获取最佳的燃烧比,满足高压共轨柴油机缸内燃烧特性的要求。对先进的快速成型制造技术进行研究并应用于进气道模型制造,通过气道稳流吹风试验,验证进气道实际流量系数和实际涡流比满足设计要求。     

螺旋进气道-气门-气缸内空气运动的3维数值模拟

对稳流试验中螺旋进气道－气门－气缸内３维流场进行了数值模拟,分析了气道形状、气门偏置对流场特征和涡流比的影响。计算表明：螺旋气道斜坡段产生的气流角动量是气流在气缸内形成旋流的主要原因。气流在螺旋进气道内产生的角动量与气缸内进气射流碰撞气门盘、气门座和气缸壁产生的角动量相结合,在气缸内形成复杂的旋流运动,而气流运动到气缸出口平面时,小旋涡与主旋流融合,形成了单一方向的旋流,因而气道涡流比随着气缸轴向距离的增大而增大。这些结果表明,采用流动数值模拟可以获得稳流试验中难以得到的内部流动信息,从而为气道设计提供更有力的依据。     

螺旋进气道结构参数对气道流通特性的影响

在分析并选定了评价进气道流通特性的参数的基础上,针对以柴油机为原型机开发的NQ140N天然气发动机,确定出影响进气道流通特性的进气道结构参数,并采用试验方法,对原型机进气道各结构参数单独进行定量调整获得了每一进气道结构参数对螺旋进气道流通特性即平均涡流比和平均流量系数的影响.试验结果表明,各进气道结构参数对流通特性的影响并不是完全单调性.最后,给出了达到某一流通特性参数的试验方法.并采用基于大量试验数据的变量分析方法,使进气道结构参数对其流通性能影响的分析更加直观.