发动机缸内滚流运动的稳流试验与三维数值模拟.pdf

第26卷第2期 空气动力学学报 V01．26。No．2 2008年06月 ACTAAERODYNAMICASINICA Jun．．2008 文章编号：0258—1825(2008)02．0173—05 发动机缸内滚流运动的稳流实验与三维数值模拟 徐玉梁1，付光琦1，祖炳锋2，康秀玲2，刘捷1 (1．天津大学机械学院，天津300072；2．天津内燃机研究所，天津300072) 摘要：采用变压差法的涡流动量计式实验台和Ricardo评价方法，对四气门发动机缸内滚流运动以及气道流通系 数进行了实验研究；并且根据气道稳流实验的状态与环境参数，采用RNGk-e湍流模型、混合网格、有限体积法以 及SIMPLE算法，建立了与之相对应的三维数值模拟分析模型，得到了气道内部与缸内流场更为详尽的数据信息。 结果表明，实验气道可以在缸内产生滚流，但也存在局部的缺陷；数值模拟与稳流实验的结果吻合良好，模拟分析 模型具有较高的准确性和实用价值。 关键词：发动机；滚流；稳流实验；三维数值模拟；变压差 中图分类号：TK402 文献标识码：A 0引 言 1稳流实验 发动机缸内滚流运动是在进气过程中形成的旋 1．1涡流动置计式实验台 转轴线垂直于气缸中心线的一种大尺度流动。这种 涡流动量计式实验台近年来在国内得到快速发 缸内的大尺度空气运动，可以在压缩行程后期保持较 展，但是用于测量缸内滚流运动的研究很少。目前滚 强的湍动能，加快火焰传播速度，改善发动机的燃烧， 流的测量主要使用的是风速仪式实验台bJ，而在涡流 其改善发动机性能和降低排放污染物的作用已被国 动量计式实验台中，缸内涡流或滚流绕旋转轴线的角 内外学者所认同[1-3]。 动量经过涡流动量计的蜂窝体后可以全部转换成力 进气道结构是决定缸内滚流强度的主要因素之 矩被检测出来。同时涡流动量计能即时反映出涡流 一HJ，不同形状的气道所产生的滚流强度相当悬殊。 或滚流强度的大小，检测效率较高。对于本文研究的 稳流实验是用来评定气道的流通能力和缸内滚流运 四气门发动机，由于气道之间的气流相互干扰，缸内 动强度的主要方法。一个性能优良的气道，常规的方 的流场情况比较复杂，涡流动量计的测量结果与缸内 法需要依靠经验，在稳流实验台上进行多种方案的大 气流的实际状况更加吻合。 量实验才能获得。为了更加快捷地得到优化方案，必 本文采用的涡流动量计式稳流实验台如图1所 须研究气道内部以及缸内的流动，进而对气道的性能 进行预测，减少实验的盲目性，指导气道的研究与开 发工作。本文采用新型设计的涡流动量计实验台，变 压差测量方法和Ricardo评价方法，对四气门发动机 的缸内滚流运动以及气道流通系数进行了实验研究； 并且根据气道稳流实验的状态与环境参数，建立了与 之相对应的三维数值模拟分析模型。通过模拟，得到 了气道内部与缸内流场更为详尽的数据信息，便于对 气道结构进行更为深入的优化研究。 图1涡流动量计式稳流实验台示意图 of flowtest with swirlmet口 Fig．1Diagramsteady fi