14_柴油机瞬态进气过程中气道-气门-缸内流场三维数值研究_吉林大学高莹等.pdf

柴油机瞬态进气过程中气道-气门-缸内流场三维仿真研究 高 莹 1, 李 君 1* （１．吉林大学，汽车工程学院内燃机系，吉林 长春 130025） 0 引言引言 表 1 发动机参数 引言引言 Table 1 Engine specifications 近年来，随着发动机的开发周期越来越短， 缸径 × 冲程 /mm 106 × 125 而对发动机要求 （降低排放、改善燃油经济性 排量 /L 6.62 等）的日益严峻，仿真技术正逐渐成为发动机及 压缩比 17.0 额定功率 /kW 154 其零部件设计并预测其性能的有效方法之一，其 额定转速 /r·min-1 2500 中流体动力学 （CFD）技术在洞察缸内气流运动 及与其它系统间的相互影响方面具有理论指导的 意义，因而可以有效地设计并改进各系统。例 如，在直喷式柴油机中，进气系统、喷油系统和 燃烧室形状三者的相互配合是决定燃烧过程的关 键因素，进气产生的滚流可在压缩过程后期与上 行活塞的相互作用达到调整流动结构，提高燃烧 图 1 ω 缩口型燃烧室结构 室内湍流水平，以增加喷油初期油气的混合，提 Fig. 1 ω type reentrant combustion chamber 2 数值仿真数值仿真 高燃烧速率；而进气产生的涡流则较少受到上行 数值仿真数值仿真 活塞运动的影响，相应具有一定的涡流保持性， 本文采用商业CFD软件AVL FIRE对一台柴 这样会在喷油中后期改善柴油和空气的混合，提 油机的瞬态进气冲程进行了研究，该软件基于有 高燃油经济性，降低碳烟的生成，总之，瞬态进 限容积法，并可对瞬态或稳态、层流或湍流、压 气冲程通过进气道产生的缸内空气大尺度运动将 缩或不可压缩的流动进行仿真模拟。它求解集总 通过对柴油与空气混合速率的影响而对燃烧过程 平均的物理量需要满足的质量、动量和能量守恒 有着最直接最明显的影响，相应决定着柴油机的 方程，并通过k- ε双方程模型建立表征湍流特性 [3] 的雷诺应力和平均物理量之间的联系，最终获得 动力性、经济性和排放性等。 因此，本文着重 [1] 针通过商业CFD软件AVL FIRE对一台柴油机的瞬 流场分布图。 态进气冲程进行仿真分析，获得时域的空间速度 非结构化网格对具有复杂形状的进气道和燃 场及表征宏观大尺度运动的涡流和滚流随曲轴转 烧室具有很好的形状适应能力，因而本文对非移 角变化历程，探讨其可能对压缩冲程、喷油及燃 动区域采用非结构化网格，而对气门、活塞移动 烧过程的影响，为进气道的改进、燃烧室设计及 过程中的相关区域则采用结构化 面体网格，如 后续的仿真模拟奠定了基础。 图2(