山西中北大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院　　王文禮　張保成

基于FIRE的發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程數(shù)值分析研究

山西中北大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院王文禮張保成

為了分析發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣過(guò)程，本文采用基于控制容積法的組合式動(dòng)態(tài)網(wǎng)格劃分技術(shù)，分析了其進(jìn)氣道進(jìn)氣過(guò)程中缸內(nèi)不同平面處的速度影響規(guī)律，為其進(jìn)氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化改進(jìn)提供了參考。

發(fā)動(dòng)機(jī)；螺旋進(jìn)氣道；進(jìn)氣過(guò)程；數(shù)值模擬

1　引言

內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣過(guò)程作為一個(gè)工作循環(huán)的開始，有著至關(guān)重要的作用。在進(jìn)氣過(guò)程中，氣缸內(nèi)氣體的流動(dòng)影響著火焰的傳播、燃燒的穩(wěn)定性和充分性，從而影響發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能和排放性能［1］。

2　進(jìn)氣道有限元模型的建立

本文根據(jù)某柴油機(jī)的實(shí)際尺寸建立了進(jìn)氣道、氣門以及氣缸的三維模型，并組合成與實(shí)際工作狀態(tài)相符合的閉合幾何體。進(jìn)氣道喉口區(qū)域?yàn)闅饬髁鲃?dòng)較為劇烈的地方，是重點(diǎn)關(guān)注的區(qū)域，所以必須對(duì)該區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格細(xì)化［2］，經(jīng)過(guò)上述網(wǎng)格劃分，最后模擬仿真的網(wǎng)格如圖1所示。邊界條件如表1所示。

圖1　模型網(wǎng)格圖

表1　模擬特性

3　氣道模擬仿真結(jié)果與分析

為了能夠分析氣流通過(guò)氣門進(jìn)入氣缸時(shí)的情況，我們定義通過(guò)氣缸中心線并與Y軸垂直的平面為側(cè)平面，定義通過(guò)氣缸中心線并與X軸垂直的平面為正平面。

圖2　該升程下速度矢量圖

由圖2可知，從氣門桿頭部和氣門下方都可以看出，在氣道中存在著滯止回流區(qū)。因此在這些位置，缸內(nèi)氣體出現(xiàn)混合不均勻的現(xiàn)象，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的排放和動(dòng)力性能有著顯著的影響。同時(shí)可以看出，氣流流速最大處在氣門喉口位置。

圖3為該升程下距正平面0.015m處速度等值線圖。

圖3　距正平面0.015m處速度等值線圖

由圖3可知：（l）在氣門喉口處相對(duì)氣道的其他位置處，速度等值線分布要密，且分布不均勻，可以看出，與其他位置相比，喉口位置的速度大得多；（2）在氣門下方有兩個(gè)位置的速度等值線分布較為密集，并且分別以其為中心形成旋渦狀，因此在該兩處位置會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的滾流。

4　結(jié)論

通過(guò)以上仿真分析可以看出，由于氣門和缸壁的導(dǎo)氣作用，當(dāng)氣體進(jìn)入氣缸以后，氣體沿缸壁高速運(yùn)動(dòng)，且在氣門附近形成多個(gè)形狀不規(guī)則的小渦流，隨著氣流遠(yuǎn)離氣門，缸內(nèi)氣體流速逐漸趨于一致，小渦流消失而最終形成規(guī)則的大渦流運(yùn)動(dòng)。

［1］楊帆.發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣過(guò)程缸內(nèi)流場(chǎng)瞬態(tài)數(shù)值分析［D］.中北大學(xué)，2012.

［2］張志榮，冉景煜，張力，蒲舸.內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)氣體CFD瞬態(tài)分析中動(dòng)態(tài)網(wǎng)格劃分技術(shù)［J］.重慶大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）.2005（11）.