CFD在发动机排气歧管设计中的应用_图文

1、耍蘑骊瑟筹j-j_jl! 铡黼虱虱阐囹隹i。撵静熊 柑班l撬璐o 萱?“ 排气曼美键目:发动机排气歧蕾;CFD;数学描述:三罐数位模拟Application ofCDFTechnologyintheDesign ofEngineExhaustManifold Abslraet:Thetraditional designmethod Gannettthe”quirements ofthemodern design.buttheCFDcgive ninsighIintoIheinner pressureofexbaustmanifeM andthe distribution offlowfield

2、 Adoptingthemathematicdescripti帅 ofthe抖sflow of朋gino exhaust manifold,3D numerical simulation of exhausllnanIfold,the software platmrm of FLUENT andthe k-eturbulentmo*1.this paper simulates and analyzesIheinuefmsofthe exheustmanifold.the distribution ofspeed The resuhsindicatethatlbeCFDtechnologyis

3、ofgreat significanceforthe strnetural design ofthe engine exhaustmanifold andthelmp”vcmcnl of exhausting performanceKey”ords:Engine exh-unmanifetd;CFD;Mathematiealdescription;3D nnmeri|calsimnlaftoa排气歧管是发动机排气系统中最重要的部件之。传统的排气歧管址采用经验设计加上反复试验以 及多次修正的方法进行设计的,需要通过多次整机性 能试验米验证与选择设计方案。显然.传统的设计方 j五已经不能满足现代设

4、计的需求。文章应用计算流体 动力学(CFD,对排。C歧管内部压力和速度的分布 情况进行了模拟和分析,为优化排气歧管的结构设计 和改善排气效果等提供了理论依据。1发动机排气蛀管内气体流动的数学描述 1.1发动机排气蛙管内气体流动的控制方程“剖”质量守恒方程微分形式:=+pV f=0(1 d“式巾:二流体微剐密度随时问的变化宰。 动量方程:P辈:旷+孕+孕+拿 (2 .52或:Pd_V:P斤+v P (3式中:V P一单位体积流体团所受面力的合力。 能量方程微分形式:磅h等=矿m cw,w ctVn+m c。, 舯一护睡毒c删。噜协考= V?慧强屯+p,%一静+等卜单位体积流体能量变懈 p尸P作用

5、在单能体积流体,馓团上的体力功 室V(kVT+加单位时问内单位体积流体微阿 通过热传导和辐射吸收从外界获得的能量。舟。. 彤一 鲻.第12期动能方程:户吾譬】-P尸P+P(V即 (5式中:P呷P作用在单位体积流体微团表面 的面力的合力功率;对于湍流效应,现在工程上常用的办法是利用湍 流模拟,通过数学模型来解决,以便踹流流动的方程 组封闭。湍流模型是双方程模型中的一种,由于其计 算量适中,对工程上大量的流动问题能给出比较合理 的结果,是内燃机缸内及进排气系统内气体流动计算 中常采用的端流模型.故文章采用职方程模型来模拟 湍流效应。方程:毒(川小号陪+一考_,砺一一ce, 方程:毒(,纠。者I等+

6、“j别一巧%;参一 G卢;式中:开咄方程中的常数;,方程中的常数。1,2控制方程的离散殛求解方法控制方程的求解首先要将微分方程离散成代数方 程,再根据初始和边界条件.采用合理的数值计算方 法在计算机上作数值求解。目前.微分方程离散化方 法可分3种:有限差分法、有限元法和有限分析法。 而有限差分法又分为有限体积法和任意拉格朗日一欧 拉法。文章对控制方程的离散采用的是有限体积法。 有限体积法基本思路是:将计算区域划分成网格,并 使每个网格点周围有一个互不重复的控制体积;将待 解微分方程(控制体积对每一个控制体积积分.从 而得出一组离散方程。2排气歧管三维数值模拟CFD是伴随着计算机技术和数值计算技

7、术的发APPUCATlON展而发展的,CFD相当于“虚拟”地在计算机上做 实验.用以模拟仿真实际的流体流动情况。而其基本 原理则是数值求解控制流体流动的微分方程.得出流 体流动的流场在连续区域上的离散分布,从而近似模 拟流体流动情况。Fluent是世界领先的CFD软件,在流体建模中 广泛的被应用。文章通过Fluent软件平台,采用标准 的tq湍流模塑,并考虑发动机捧气歧管的特点,对 其进行了稳态条件下的三维数值模拟。2,1排气垃管的几何模型排气歧管管道形状有矩形和圆形。发动机类型不 同,排气歧管形状也不同。文章研究的发动机是柴油 机,因此以实验室的柴油机为原型进行测绘.包括其 管径和各个缸之间

8、的距离等。通过PRO-E软件,根据测绘的参数,构造排气 歧管的几何模型.如图I所示。目I m1#f_|L1日12,2罔格的蚓分三维数值模拟舀蟊童筮。j APPLICATION _#.12009年文章选择的求解方式如下1求解器:耦台式t2算法:隐性求解、非定常流动:3材料选择理想气体,操作压力设为0:输入口压力仉3MPa,出口压力为0lI IVIPa,温度设为】000K;4选用k-湍流模型,k-e湍流模型选用_薹RNG=、5在一切设置设好后开始初始化,单击￥olVe i釜,L-荔1:麓-善-薹J:=-焉 zL 2月目6*1日l*日由于出1:3处气流流向发生变化,且速度较快.在 出口赴会出现局部动

9、压集中区,所以可将管道设计成 变截面,即从口到出口的截面慢慢变大,这样可使 气体流到总管时的速度降低,对管壁的冲击也会减小。 根据以上分析.重新建立新的模型。如图7所示.然 后将其导八Fluent中进行模拟计算.得到的压力云图 和速度矢量图表明:原来存在动压较大的区域.改进 后动压变小了;原先压力集中区,动压已经显著下降, 没有出现特别大的压力,其流速也比较平稳;出口处 的流速和原来的比起来小很多了。目't*月,目3结论2009(12U弛 厂直 一譬 J器 。目 口善 O广 叫 L cj 口J -_ A-I 呸薯! 曩¨ b 诱 巳. 督 衄 四 铲檀薹:I装虫#计是每个I#

10、拄术女都要掌握井且需要非常热练tm到±产妾#十*I作.CAXACAD鼓 件#镕*和t干目板特适月于i装竞nn设计*发t幸i要舟日7¨mCAXA女镕m计=镕CAD软*和CAXA电田*二维CAD进行设计的甩干发动机&斜mhI时健月的“机镕“孔倒自蓑王”夹其茬王.*襄I#有*女十、质量#厦蛄构自单等特.井扼科日摩寺¨琦的技木q专利女口软*能鼻t连到#镕计&覃奸R快.既直观R耗特续&进谴*娃m目日 美词:工装夹,计;CAD;CAXA;发动机i机体缸孔倒角装置Effective Jig andFixtureDesign byAdoptingtheSo

11、flwareofCAXACADAbstract:Jig andfixln"designis a skilllhm all cn91neeB haveto skillfully applyInthe production and especiallythesoftware ofCAXA CADs design and elecIronK diagram will faci Litate the design and development nfjig and 6xIu"This paper mainly introduces fixtum design used in the

12、 cgamfoting of cylinders of engine bn“which employs Iods such asCAXAIRONCADfor 3D andCAXADRAFTfor 2D Andlhedeviceis smallin sl"lightinweight and simple sInIcland s patented This softwamurns onandfast design andimprovesIhedesign deficiency constantly anddirectly.Key帅rd￥:Jig andnIfundesign;CAD;CA

13、XA;Engine;Devicefor cylinder chamferingofenglne body在机械加工领域里,工装夹具设讨是每个工程技 什.对一个企业和每个工程技术人员来说都非常重要。 术人员都要掌握外H需要非常熟练运用到生产实际十 I 传统工装夹具相:讨存在的缺陷上的T作.它要求个企业要在最短的时间、用最好 过击,_亡程技术人员部是用跚扳和丁字尺作为设 的工装夹具、以最快的速度牛产小合格的产品井投放 计工具进行蛙计.设计周期长且宴体分析效果差,乖易实现。 tt研究柞歧符分别排气时,根摒排气歧管内部的流 11“HH m镕fM】-J瞰:m*I qkm“-2006动特性,得到流场并处流

14、速的分布与变化。通过研究 21l|"蛾m镕女tMI JJlL=Ilul*“2007各分支入¨位置耐f“口压力的影响和丰|气歧管的几何n%r|m:20。9。” 一55. CFD在发动机排气歧管设计中的应用作者:李智安作者单位:福州大学刊名:汽车工程师英文刊名:TIANJIN AUTO年,卷(期:2009,(12被引用次数:0次参考文献(2条1. 贾月梅.流体力学M.北京:国防工业出版社,2006.2. 王松岭.流体力学M.北京:中国电力出版社,2007.相似文献(5条1.期刊论文 马帅营 . 陈传举 . 王雅丽 . MA Shua-iying. CHEN Chuan-ju.

15、WANG Ya-li发动机排气歧管稳流试验研究 -内燃机与动力装置 2008(52.期刊论文 杨万里 . 许敏 . 刘国庆 . 杨俊伟 . Yang Wanli. Xu Min. Liu Guoqing. Yang Junwei发动机排气歧管热负荷 数值模拟 -华中科技大学学报(自然科学版 2006,34(12某发动机运行期间,由于不合理的结构设计导致排气歧管关键部位的热疲劳失效,为此采用CFD技术模拟排气歧管工作时的外流场;通过热力学计算得 到排气歧管的入口和出口边界条件,计算排气歧管的三维瞬态内流场;将内外流场计算的等效传热边界条件影射到排气歧管的内外表面生成传热边界条件 ,计算出结构温度

16、场;将固体边界的温度作为流场边界条件重新进行内外流场计算,反复迭代多次;最后,求解结构的热应力.对原方案提出了改进意见,结构 改进后,排气歧管热疲劳失效得到排除.3.期刊论文 傅秋阳 . FU Qiu-yang某发动机排气歧管流固耦合分析的应用 -合肥工业大学学报(自然科学版 2009,32(z1文章采用一种流固耦合的计算方法,模拟某发动机排气歧管全速全负荷工作时的温度场以及冷却过程的变形与应力,由此确定该排气歧管在工作中变 形过大、漏气问题的设计缺陷,并提出优化方案.4.期刊论文 陈征 . 张波 . 尧命发 . 张雷 . 曾德林 . CHEN Zheng. ZHANG Bo. YAO Ming-fa. ZHANG Lei. ZENG De-lin基于数 值模拟的排气歧管优化策略 -内燃机工程 2009,30(3在台架试验的基础上,采用一维发动机工作过程计算和三维CFD模拟技术研究了4缸柴油发动机各缸排气温度差异的影响因素.模拟结果表明:台架试验 测量的各缸排温差异是受各缸工作过程、测量点位置和排气歧管结构的综合影响,其中排气歧管结构是主要的影响因素.排温测量点位置越接近排气门,越 能反映缸内的热负荷状况.基于数值模拟结果,优化了原发动机排气歧管,并提出了排气歧管优化策略.5.期刊论文 杨晓 . 郭涛 . YANG Xiao. GUO TaoCFD_FEA耦合计算分析发动机排