缸内三维流场的测量及旋流形成

1.前言缸内空间三维流场实测是解决旋流预测的关键,是目前内燃机界的重要研究课题之一。气道稳流吹风试验是这项研究中的主要手段,其主要目的在于:a.判断不同气道结构的缸内流动形态及湍流特性;b.提供预测模型的边界条件;c.提高稳流试验结果,预测旋流的精度。在稳流吹风试验台上,将热线探针置于透明气缸内测量瞬态变化的湍流三维流场。从频响、干扰流场及信号处理等要求来看均是适合的。其困难在于不能判断方向,必须附加适当的探明方向的可视化方法。作者应用热线风速仪单线探针及自制的丝线网格示踪装置,实现缸内三维流速测量。并根据动量守恒定律阐明旋流形成原理,分析计算了平均速度的分布特性及进气过程的旋流强度。2.缸内旋流的生成     

直喷式柴油机缸内气体流动的研究

内燃机气缸内的气体流动,尤其是进气门关闭后至压缩上止点前缸内气流的涡流及紊流状态对发动机的油、气混合有着重大的影响。本文根据螺旋进气道的稳流试验结果建立了计算缸内气体涡流的数学模型,并且利用热线风速仪来测量缸内的涡流的大小及紊流参数。计算结果与实测有较好的一致趋势。紊流参数的研究为发动机的供油系统匹配提供了较好的依据。     

应用陷窝技术控制S进气道内流分离的研究

为了减小进气道内流动分离和出口气流畸变,在对S进气道内部流场进行数值研究基础上,应用 "Dimple"陷窝控制技术对S进气道内部分离流动进行了数值模拟和实验研究.结果表明,采用合适构型的"Dimple"陷窝被动控制方案可以明显减小进气道内部流动分离,改善出口压力分布,提高总压损失系数,降低S形进气道出口畸变指数,改善流场品质.     

螺旋进气道流动特性的数值分析

用ＳＩＭＰＬＥ方法模拟了稳流实验条件下一螺旋进气道－气门－气缸内的三维流场,给出了模拟计算结果,并与实验进行了比较,发现两者规律基本相同．分析了流场的流动特性,从而为进气道的设计和改进提供有力的依据．     

内燃机进气道流场的CFD计算

内燃机进气道的传统设计方法是利用稳流实验台反复进行对比实验获得理想的模型数据。计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics简称CFD）技术可以对气道的CAD模型进行流场模拟，并进行可视化显示。本文利用CFD技术对某型号385柴油机的进气道流场进行了三维模拟计算，并对结果进行了分析，验证了其有效性。说明CFD技术可以指导内燃机的气道设计，具有较高的实用价值。     

初始条件及喷雾对柴油机缸内流动影响研究

将柴油机缸内气体与整个燃烧室部件(气缸盖-气缸套-活塞组)作为一个耦合体,在对耦合体进行传热数值模拟的基础上得到缸内流动计算的壁面边界条件.利用大型通用CFD软件STAR-CD及ES-ICE对6110柴油机缸内三维非稳态流动进行数值模拟研究,着重分析不同初始条件及燃油喷射对缸内流动的影响.研究结果表明初始条件在柴油机进气过程缸内流场多维计算中主要影响流场的流动状态,特别是涡团形状和中心位置;喷雾过程中燃油的喷射流动直接影响到缸内的流场分布.     

螺旋气道结构参数对内燃机流场的影响

为了提高具有螺旋进气道的内燃机的进气通流能力，利用三维、可压、粘性、湍流流动模型，采用求解压力耦合方程的半隐算法(SIMPLE)，对其流场进行了研究，并分析了气道倾斜角、气道位置等进气系统参数对流场特性的影响．通过研究发现：由于螺旋气道结构的复杂性，结构参数对具有螺旋进气道的进气系统的影响十分复杂；气道倾斜角、气道位置对缸内流动的影响是双向的．另外，螺旋气道的总压力损失主要发生在气道部分．经实验验证，该模型和方法是正确的．     

内燃机缸内冷态湍流流动及传热的二维数值计算

阐述内燃机缸内冷态湍流流动和传热的一种二维数学模型，即用数值方法求解控制缸内气体流动和传热的一组偏微分方程组，得到缸内流场及温度场，进而求出壁面处温度的变化规律．计算是基于控制容积法，采用可在轴向伸缩变化的轴对称动坐标系．在压力较正方程和Ｋ－ε湍流模型中均考虑了流体的压缩性效应，旋流也作为因变量之一纳入了计算．对平顶及带凹坑的燃烧室的模拟计算结果与实验数据相吻合．     

螺旋进气道设计参数对涡流比影响的数值分析

采用计算流体力学软件Converge对一款车用柴油机进行了气道和缸内流动的数值计算,主要研究柴油机螺旋进气道结构设计参数对缸内涡流比的影响.通过修改螺旋进气道的3个主要结构设计参数,研究了其对缸内涡流比的影响规律.结果表明:当单独改变螺旋室高度、涡壳切割量以及螺旋进气道转角3个结构设计参数,使其取值分别为13mm,1.27mm以及0°时,缸内涡流比获得最大值;同时修改多个结构设计参数时,其对涡流比的影响存在相互制约的作用;通过Converge软件实现了螺旋进气道多结构参数的数值研究,对实际气道的设计具有重要的指导意义.     

4105柴油机四气门缸盖切向进气道的试验研究

在进气道稳流试验台上对2种方案的切向进气道和ZH1105W柴油机进气道进行稳流试验研究,通过试验所获得的无量纲涡流数和流量系数来评价不同气道流通特性的优劣,以确定最终的气道布置方案．实验表明,对比选择后的4105柴油机切向进气道与改进后的ZH1105W柴油机螺旋进气道相比,在保证缸内涡流强度基本不变的情况下,进气道的流量系数明显高于ZH1105W柴油机的螺旋进气道,流量增幅高达35％．     

含侧喷流炮射导弹绕流场数值计算

用数值模拟方法研究侧喷流对炮射导弹气动特性的影响.以三维N-S方程为出发方程,采用S-A湍流模型,对炮射导弹的绕流场进行了数值模拟研究,得到的气动特性结果与风洞实验结果基本吻合.在此基础上,对含侧喷流炮射导弹的绕流场进行数值计算.结果表明,侧喷流对导弹气动特性有较大影响.     

发动机气缸盖冷却水流动试验及CFD分析

针对高强化发动机气缸盖的冷却问题，采用流量压力测量法和染色剂法对透明气缸盖水腔进行了水流分布试验，得到冷却水在缸盖复杂水腔内的流场分布和水腔的流动阻力与进出水孔的流量，并对缸盖水腔不合理的地方加以改进；然后用FIRE软件对改进前后的缸套水腔冷却水流动进行数值模拟，得到冷却水在缸盖水腔内的三维流场．将试验结果与CFD分析结果加以对比，表明水腔改进后流量和压力分布合理，微涡和流动死区减少，同时数值模拟计算所得的冷却水流动方向和流量大小与试验测量和观察结果相一致。     

Computational Fluid Dynamics(CFD) Analysis and Optimization of Reconstructed Intake System of Cylinder Head Based on Slicing Reverse Method

To find out and improve the flow characteristics inside the intake system of cylinder head, the application of computational fluid dynamics(CFD) in the evaluation and optimization of the reconstructed intake system based on slicing reverse method was proposed. The flow characteristics were found out through CFD, and the velocity vector field, pressure field and turbulent kinetic energy field for different valve lifts were discussed, which were in good agreement with experimental data, and the quality of reconstruction was evaluated. In order to improve its flow characteristic, an optimization plan was proposed. The results show that the flow characteristics after optimization are obviously improved. The results can provide a reference for the design and optimization of the intake system of cylinder head.     

理想轿车车身的三维数值计算与实验比较分析

以计算流体力学（CFD）为基础,采用有限容积法模拟计算了轿车车身的外部流场,三维理想轿车车身空气动力学特性参数的数值模拟结果与风洞实验数据吻合较,表明数值模拟研究汽车空气动力学特性是切实可行的。     

利用计算流体力学方法研究改善肉类干燥窑热流场的一种计算分析方法

针对流场改善类问题如何进行数值模拟计算分析,以一肉类干燥窑热流场分析问题为例,利用计算流体力学(CFD)方法并考虑干燥窑不同设置方案,通过求解不同的设置方案条件下干燥窑流场的Navier-Stokes方程来分析原设计方案和改善方案中流场的分布和特点.数值计算的结果表明:所用的数值计算方法是可行的,基本符合实际情况;所得计算结果分析图像对了解干燥窑中流场的分布情况和如何改善干燥窑流场分布具有积极的参考意义.所提出的方法为采用数值计算方法分析改善干燥窑流场问题提供了一种可行的手段.这一数值计算方法较之传统的实验和经验方法提高了分析效率、降低了成本,是一种值得重视和发展的数值计算方法.     

基于CFD的离心泵关死点流动性能分析

 流体动力学数值计算（CFD）被广泛用于研究离心泵内部的流场和外特性预测,在设计工况下计算准确性较高,近年在流体机械领域的研究中占有重要位置。然而针对关死点工况离心泵流场的CFD 模拟,现有研究都是采用极小流量作为边界条件,难以得到水泵关死点的真实流动性能。本文采用完全零流量的边界条件,以常用的IS125 型管道离心水泵为例,借助于瞬态CFD 流场计算技术,进行关死点及其附近工况的非定常流场数值模拟和性能预测,并得到实测结果的验证。研究结果发现,在非设计工况尤其是关死点和小流量工况下,叶轮每个通道内具有不同的流场分布和过流能力,导致水泵性能参数出现较大的脉动现象。在关死点工况下,蜗壳隔舌所承受的流动冲击最为严重,靠近蜗壳上游的叶轮通道是排水状态,而靠近蜗壳下游的叶轮通道则是吸水状态。本文提出的关死点和小流量工况下离心泵流场计算方法能较为有效的预测该工况下泵的扬程和轴功率,得到的叶轮流道过流能力大小的结论,具有一定的学术和工程价值。     

导流管束对风速传感器管道风速场的影响

为了保证某公司新型风速传感器管道送风的均匀度和稳定性,提出了利用导流管束代替均流孔板的方法,并采用CFD软件FLUENT对不同风速条件下,无均流措施、采用均流孔板和采用导流管束3种工况下的风速场分别进行了模拟,并搭建了管道送风测试实验台,利用新老2种风速传感器对加装导流管束前后的管道风速场进行了对比测试。理论分析和实验结果均表明,在管道送风条件下加装导流管束完全能够达到均流和稳流的作用,是比较经济、省时和合理的方法。     

回转状态下导管螺旋桨水动力特性实用数值模拟方法

以数值模拟手段研究作为水下机器人主要姿态与轨迹控制机构的导管螺旋桨在回转状态下的水动力特性。首先根据所要计算的导管螺旋桨的几何要素构造导管和螺旋桨的三维几何模型,在此基础上采用动网格技术以计算流体力学方法借助计算流体力学软件Fluent,采用有限体积法在导管和螺旋桨所在的流域内求解其N-S方程以此对在作回转运动的水下机器人流场作用下导管螺旋桨以一定转速和一定来流方向下所产生的推力特性进行数值模拟分析,观察在水下机器人主体流场干扰下螺旋桨推进器的水动力现象。为验证所采用的预测导管螺旋桨水动力特性数值方法的有效性,在Ka 4-70/19A标准导管螺旋桨已有实验数据的基础上,将数值模拟结果与试验结果进行比较,对比结果表明本文所采用的数值方法是可靠的。     

建筑构件热阻计算方法

针对空心砌块平均热阻理论计算方法的简单近似性,分析了其计算结果的不确定性,提出用CFD数值模拟、采用有限体积法的计算方法分析建筑构件的热工性能.并分别运用热流计法与热箱法对某内插保温层混凝土空心砌块进行热阻测试,以检验理论计算方法与数值模拟计算方法的准确性.通过理论计算、数值模拟及试验验证分析得到:采用理论计算方法分析建筑构件热工性能具有不确定性,所得结果与热流计法和热箱法的试验结果误差分别为36.6％和33.8％;采用CFD数值模拟方法计算结果误差分别为0.3％和2.4％,表明该方法对建筑构件热工性能的计算不仅能够满足精度要求,还具有应用范围广、结果直观等优点.