0引言
明确定义发动机进气道CFD 分析过程,涉及分析目的及使用软件,进气道CFD 分析流程,分析过程和内容,主要输出,评价准则,用于指导进气道CFD 分析。
1分析目的及使用软件在车用发动机开发过程中,燃烧系统开发一直是发动机设计与研发过程中的重点与难点,其中缸内气体流动直接控制燃油和空气的混合,影响缸内燃烧过程,而合理的进气道的设计能够有效的组织缸内气体运动。
在原有气道CFD 分析基础上提出改进措施,与三维CAD 软件联合,得到最优的气道设计方案,最后再通过样件试制试验进行验证,目前气道CFD 分析软件为AVL-FIRE 。
2进气道CFD 分析流程
江铃发动机
3分析过程和内容
气道CFD 分析过程分三大块:第一、收集数据,第二、前处理,第三、计算和后处理。
3.1收集数据
气道三维几何模型的准备:包括两个进气道和燃烧室模型。通过改变气门间隙描述所需要的各个气门升程。以某汽油机双进气道的计算模型为例,气道前段的空腔模拟的是气道试验台的稳压箱。为了保证气流方向与坐标方向保持垂直,有利于收敛,在人为做空腔时最好做成半球,大小为1.5D (D=缸径)。气缸长度一般取2.5D ,与试验台的设置基本相同。其中所需发动机相关性能参数(缸径:95mm ;冲程102mm ;气门座圈内径:29.34mm ;气门间隙:0.1mm ;最大气门升程:10mm ;进气门数:2;燃烧室直径:50.5mm )。
3.2前处理
生成网格就是对空间上连续的计算区域进行剖分,把它划分成许多个子区域,并确定每个区域中的节点坐标。网格划分时,为保证计算精度,需注意生成网格的质量。在AVL FIRE 中导入表面网格模型,开始对表面网格模型进行计算前的处理,主要步骤如下。
3.2.1导入面网格
在CAD 软件中准备三维模型。根据实际气门升程曲线,一般每隔2mm 气门升程建立一个分析模型,设置CATIA 软件的显示3D 精度为0.01,转化为STL 格式。在AVL FIRE 软件中导入气道模型STL 格式的面网格,对面网格定义进出口边界面及需要精细化的面。一般需要单独细化的部分为气门周围气缸盖区域,气门以及气门座圈位置。
3.2.2生成线网格
为了准确的生成体网格,在表面形状比较尖锐的地方,需要生成特征边缘线网格。CFD-WM (FIRE Workflow Manager )选择FH->Edge Tool->Auto edge->Closed Edges 工具,生成封闭的线网格。
生成线网格之后,可以查看线网格的生成。有些线网格不需要,要从线网格上删除,或很尖的线网格都应该删除,因为在生成体网格的时候这些不必要的线网格,会导致生成的体网格生成错误。
3.2.3生成体网格
生成体网格用工具Hybrid Assistant->Fame Advanced Hybrid 工具->Start new meshing ->Next ->Define surface mesh->表面网格->Next->Define edge mesh->线网格->Next->FAME Advanced Hybrid->参数输入->Next->选择需要生成边界层的面->Next->选择需要细化的selection 和定义相应的参数,之后出现FAME Monitor ,给出网格划分的情况。
3.2.4检查生成的体网格的质量
网格质量的好坏对计算能否正常进行以及计算的时间和精度有很大的影响。在FH-Info-体网格检查所有项,检查结果这一栏中所有项的数目必须为0,生成的体网格才能用做计算。同时检查体网格中的CellEdgeAngle ,数目尽可能小于10。
3.3求解器的设置体网格生成之后,需要定义求解的目标和选择相应的求解方程,即求解器的设置。首先在目录calculation 下新
发动机进气道CFD 分析方法
曾翠微
(江铃汽车股份有限公司,南昌330000)
摘要:车用发动机燃烧系统开发的实际设计过程中,进气道的设计通过对缸内气体流动的影响直接控制燃油和空气的混合从而
影响缸内燃烧过程。在此研究了进气道CFD 分析方法,通过AVL-FIRE 软件,建立进气道三维几何模型,生成网格模型,并进行求解计算出在不同气门升程下的气道流量系数和涡流/滚流比,最终通过优化流量系数同时权衡涡流/滚流比,实现发动机快速稳定的燃烧。
关键词:进气道;CFD 分析;网格模型;流量系数;涡流比;滚流强度
图1进气道开发CFD 分析流
程图