四气门汽油机缸内流场的仿真分析与研究

运用计算流体动力学理论(CFD)和气道稳流实验方法对一款四气门汽油机的进气道性能进行了仿真分析和实验。对比不同升程下的仿真流量系数与试验流量系数具有较好的一致性,结果表明进气道进气效率较好,流量系数高。分析不同气门升程下的了缸内流场特性,经过优化设计的进气道能在缸内形成大尺度均匀滚流,有助于提高发动机性能。     

基于AVLFIRE的发动机进气道三维流场数值模拟研究

利用软件AVLFIRE对4个不同气门升程下进气道的流动特性进行分析研究,揭示某发动机进气道及缸内的流动特性．得出各升程下气体流动的流线图、湍动能、速度等值线图及流量系数和涡流比,直观地表明了进气过程气道及缸内的流动特性,为进气道性能优化、评价和再设计提供了方法和依据。     

进气道稳流试验装置内三维流动特性的数值模拟

使用FLUENT商业软件，采用RNG κ-ε湍流模型，对稳定流动实验条件下，不同进气道角度时切向进气道一气门一气缸内的流场，在两种气门升程下进行了三维数值模拟；分析了气道一气门一气缸内气体的稳态流动特性；总结了不同气道角度、不同气门升程时气道和缸内气体流动的变化规律。随着气门升程的增加，气道角度对缸内涡流的影响增大，并且涡流和滚流相互抑制。     

进气道稳流试验装置内三维流动特性的数值分析

对稳流实验中两种气门升程下螺旋进气道－气门－气缸内流场进行了三维数值模拟，分析了气道和气缸内的流动特性，比较了不同气门升程对气道和气缸内流动的影响。     

气道结构对进气过程影响的仿真研究

利用PRO/E对设计的3种不同结构型式进气道进行实体造型,基于AVL-Fire软件对柴油机气道-气门-气缸稳态进气过程进行数值模拟,并搭建了进气系统台架稳流试验系统,对原进气系统进行台架试验研究,验证了仿真模型的准确性,详细分析了不同气道结构型式对柴油机进气流动特性和缸内流场特性的影响。结果表明,气阀升程的增大使得进气流量系数增大,其中双螺旋进气道的流量系数最小,原进气道的流量系数次之,双切向进气道的流量系数最大;随着气阀升程的增大,双切向进气道的涡流比呈减小的趋势,双螺旋进气道的涡流比呈增大的趋势,原进气道的涡流比呈减小的趋势;双螺旋进气道缸内周向气流运动强度最大,原进气道的缸内周向气流运动强度次之,双切向进气道的缸内周向气流运动强度最小。     

基于特征矢量的四气门汽油机缸内流场分析

基于双特征角的新型气道试验台,对四气门电喷汽油机缸内不同测试平面内气流运动强度及矢量方向进行综合分析.建立了进气道稳流特性的计算模型,并进行了缸内流场仿真计算.对比计算结果及试验结果可知,该测试平台具有很好的重复性及准确性,能够对发动机缸内任意测试平面内的气流运动进行测量及评价,并利用缸内气流运动特征矢量轨迹及矢量图,宏观地反映缸内气体流场的真实情况,为发动机进气道优化改进提供数据基础.     

不同气道倾角的直喷式汽油机进气道气流特性的试验研究

基于传统PFI汽油机进气道设计了2种倾角的GDI汽油机进气道,分别进行了2种不同倾角的GDI汽油机进气道的双气门开启、单气门开启2种方式下的气道稳流试验,研究了不同气道倾角的进气道气流特性,以及产生涡流和滚流的能力。试验结果表明:在不同的气门升程下,气道倾角α=39°的进气道比气道倾角α=34°的进气道流量系数大;就滚流比和涡流比而言,当气门升程较大时,单气门开启时比双气门开启时有所增大;当气门升程大于3mm时,α=39°的进气道比α=34°进气道的滚流比和涡流比均有所增大。此外,与普通PFI汽油机进气道相比,2种倾角的GDI汽油机进气道流通性能更佳。     

柴油机双进气道流动特性试验与数值模拟

对170系列柴油机双进气道进行了AVL气道稳流试验,得到了不同气门升程下对应的AVL流量系数和涡流比;在与稳流试验对等的边界条件及评价方法下,利用CFD软件Fire对气道稳流试验进行了数值模拟。模拟结果与试验结果的对比表明,数值模拟所得流量系数和涡流比与试验结果基本吻合,模拟结果具有一定的可信度;另外,从两者涡流比随气门升程的变化曲线来看,切向气道气门座孔加工出的偏心倒角,对气道形成涡流的能力影响比较大,尤其是在气门开度较小时,能使气道产生相对较大的涡流比。     

基于CATIA的柴油机螺旋气道设计及数值模拟

以某4110柴油机螺旋气道为参照,利用CATIA软件正向建立了螺旋进气道－气门－气缸的三维模型,然后用starccm＋对模型进行网格划分边界设定,对不同的气门升程进行了数值模拟,得到缸内流场的详细信息,并同稳流试验进行对比。为螺旋气道开发提供新的正向方法,有着重要的工程意义。     

基于三维粒子图像测速技术的滚流运动研究

借助自主搭建的三维粒子图像测速系统对4气门汽油机缸盖进行了稳流条件下缸内流场测量,得到缸内不同测量截面处流场的三维速度分布,对不同气门升程下缸内流场结构进行了分析,并基于离面速度分布对滚流比进行了计算.研究发现:缸内滚流流场在垂直于气缸轴线的测量平面内主要体现为位于进/排气门侧的进气射流;较高的气道压差可以保证流场结构充分发展,使流场结构趋于稳定,滚流比计算结果准确性提高;测量截面处流场离面速度分布直接影响滚流比计算结果,过小的可视区域无法将典型的流场结构(如靠近壁面的射流结构和局部涡团结构)包括在测量范围内,导致滚流比计算结果产生偏差.测量截面的位置直接影响流场离面速度的测量结果,测量截面太靠近缸盖底平面,缸内流动得不到充分发展,反之典型流场结构因衰减而不再明显,最终影响滚流比的计算结果.     

进气道位置对柴油机进气涡流可调性能影响的试验研究

针对某型号四气门柴油机设计制作了一个螺旋气道和直气道的阴模试验件,在稳流气道试验台上,利用挡板部分遮挡直气道的入口,实现进气涡流的调节,进行了进气道位置对进气涡流及其可调性能影响的试验,试验结果表明：两个进气道的位置不同,对进气流量的影响很小,但是对涡流比以及涡流比的调节范围有较大影响.     

汽油机进气动态特性建模与仿真研究

从汽油机实际工作过程出发,运用平均值建模方法构建了汽油机进气管内空气动态特性模型,并基于稳态试验数据对模型待定参数进行了辨识。通过引入转速修正项对模型结构进行了修正,特别是对节气门处空气质量流量的饱和非线性特性进行了补偿,解决了原节气门处空气质量流量子模型在较大节气门开度下误差较大的问题。台架试验和计算机仿真对比结果显示,在稳态工况下,进气压力模型仿真与实测值的最大相对误差不超过±2%,在节气门阶跃的瞬态工况下,最大误差不超过±3%。相关模型可直接用于基于模型的进气口空气流量预测、空燃比控制器设计,也可作为汽油机模型的一部分,为空燃比控制策略软硬件在环仿真提供条件。     

进气道布置对4气门柴油机进气门口三维流场的影响

在稳流模拟试验台上，利用自行研制的单独进气道，4气门柴油机试验缸盖，气门口三维流速测量装置，用热线风速仪测量了不同进气道布置方案下的进气门口三维流场，揭示了进气道的布置对4气门柴油机进气门口三维流场影响的变化规律。进气道布置角度的变化对4气门柴油机各气道气门口流场产生较大影响，螺旋气道布置角度的变化使螺旋气道的各速度大小，切向速度的分布及切向气道的各速度大小发生较大变化。且升程愈大，变化愈明显，切向气道布置角度的变化对螺旋气道和切向气道的速度大小影响均较大。     

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。     

进气道型式对四气门汽油机进气流动特性的影响

在稳流气道试验台上，研究了四气门汽油机整体式和分体式进气道进气流通特性及产生的缸内滚流特性，提出了进气不均匀度和进气终了滚流比不均匀度的概念．发现四气门汽油机各缸产生的最大滚流轴线与曲轴轴线夹角是不同的．整体式进气道流通系数和平均流通系数大于分体式进气道．分体式进气道进气终了滚流比大于整体式进气道，平均进气终了滚流比增加7％．分体式进气道进气不均匀度小于整体式进气道，而进气终了滚流比不均匀度则大于整体式进气道．     

汽油机掺醇燃烧进气油膜湿壁温度预测

对进气口喷射汽油机进气门处传热过程进行了分析,建立了进气油膜吸附壁面温度模型.通过冷机状态起动试验和温升过程数据分析,对已有模型结构进行了细化和改进,并基于试验数据及MATLAB参数辨识工具箱对模型参数进行了辨识.根据模型结构及试验数据,分析了油膜吸附壁面温度的关键影响因素和影响规律,以及不同掺混比例乙醇汽油下的差异.油膜吸附壁面温度变化规律类似一阶惯性系统特性,其温升时间常数可视为进气流量的单值函数,但稳态项与多个发动机工况参数有关,而不同乙醇汽油下油膜吸附壁面温度则差异不大.改进与辨识后油膜吸附壁面温度模型在纯汽油及掺醇汽油下均具有较高的预测精度,可直接用于油膜动态补偿器设计.     

6FA燃气轮机进气系统流量校准方案分析

本文基于某6FA燃气轮机项目进气喷嘴校准装置的设计过程,通过建立进气道模型,选择与安装流量喷嘴、测压耙与扫描阀的方案,说明安装进气流量校准系统的作用与安装校准装置对进气流量喷嘴空气流场的影响,结果可帮助提高燃气轮机进气流量测量精度。     

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。     

进气道对缸内直喷增压汽油机性能的影响

应用稳态CFD方法对高、低滚流比进气道进行了分析,高滚流比气道较低滚流比气道流量系数降低16%,滚流比提高22%.基于这两种气道对缸内直喷增压汽油机进气和压缩冲程油气混合的影响进行了瞬态CFD分析.结果表明,高滚流比气道在缸内能形成更规则的大尺度漩涡,且缸内瞬态滚流比更高,两种对称气道瞬态涡流比基本为零,进气道流量系数...     

气道和燃烧室形状对汽油机缸内流场影响的计算研究

为探究气道及燃烧室形状对汽油机缸内流场的影响,以某1.4L多点进气道喷射(MPI)汽油机为研究对象,利用AVL-FIRE软件对原机进气道形状进行稳态数值模拟计算,并对原汽油机在2 800r/min最低比油耗工况点进气及燃烧过程进行瞬态数值模拟计算。基于计算结果对进气道及燃烧室形状进行优化设计,提出4种计算方案,对优化前后各计算方案的缸内速度场、湍动能场、火焰前锋面密度和瞬时放热率进行对比分析。结果显示:改进气道的滚流比明显高于原机气道;结合改进气道,进气侧凸起活塞能够更好地维持滚流;在点火时刻,改进气道结合进气侧凸起活塞这一计算方案的缸内湍流分布及湍动能优于改进气道结合大曲率凹坑活塞、原机气道结合原机活塞(压缩比12)与原机计算方案,点火后火焰传播速度最大,燃烧速度最快。优化进气道及燃烧室形状能够加强缸内气流运动,提高点火时刻缸内湍流强度,加速火焰传播,改善燃烧过程。