CFD技术在发动机研究中的应用
CFD技术在航空发动机空气系统设计中的应用_沈毅
图 2 航空发动机空气系统网络
2011 年 第 37 卷 第 3 期 Vo l.37 No .3 J u n . 2011
此外，在工程设计中，还需要应用 CFD 技术为空气 系统设计提供更详细的设计依据信息。1 维数值结果可 以比较全面地反映各分支的流量分配情况、关键腔室的 压力和温度数据，从大的方面判断整个空气系统的特 性。但对于一些流动、换热条件比较复杂的结构而 言，1 维数值结果无法反映局部气体的详细流动情况， 也无法详细了解各方面因素对分析结果的影响；由于对 某些结构进行了简化，也无法提供评估结构优化设计的 支持数据。因此，进行局部结构的 CFD 计算非常必要。
关键词：空气系统；设计技术；CFD；航空发动机
Application of CFD in Secondary Air System Design
for Aeroengine
SHEN Yi, LI Yun-dan, LV Chun-yan, MU Yu-fei
沈毅(1971)，女，工学硕士，自然科 学研究员，从事航空发动机空气系统设 计和部件热分析工作。
篦齿（seal）、盘心和轴之间的通道、机匣上的孔、预旋 喷嘴等。不同结构形式的元件具有不同的流动和换热 特性。在工程设计与计算时，通常采用 1 维方式处理 各流动单元的流动与换热特性，也就是把这些元件根 据几何和流动的特点典型化，将发动机空气系统模化 成 1 个由多种类型元件（单元）串联和并联组成的网 络，连接各元件的称为腔（或节点）。通过迭代求解，得 到整个网络的压力和温度分布和流量分配情况。
（3）对发动机的热端部件尤其是转子件的温度预 估十分重要。目前 CFD 技术对于转动系、转转系的流 动分析，尤其是换热特性分析仍有较大误差，需通过 更多试验研究来完善。
CFD仿真技术在航空发动机中的应用
CFD仿真技术在航空发动机中的应用摘要：随着科学技术的发展，航空航天和空间技术有了飞跃的发展，在这些飞跃的发展技术中主要的技术就是CAE技术。
航空工业可以说是CAE技术发展的摇篮，各种CAE技术正是在以航空工业为主的实际工业应用的推动下在不到半个世纪时间里迅猛发展起来的。
以ANSYS、LS-DYNA、Nastran、CFX、Fluent等为代表的高端CAE软件早已活跃在全球航空工业中。
关键词：CFD仿真技术；航空发动机；应用1 引言目前国际知名企业的航空发动机研制周期从过去的10～15年缩短到6～8年甚至4～5年，试验机也从过去的40～50台减少到10台左右。
在发达国家的航空企业里CAE已经作为产品研发设计与制造流程中不可逾越的一种强制性的工艺规范加以实施，在生产实践作为必备工具普遍应用。
2、CFD技术国内外使用状况简介CFD作为CAE技术的一种，已经越来越多的被国内外航空企业广泛的得以应用。
第一个商用CFD软件包FLUENT，由与美国空军合作的流体技术服务公司Creare公司于1983年推出的。
商业CFD软件的开发及应用，加速了航空工业的发展，使得基于虚拟样机仿真的现代设计方法成为了可能。
以波音公司航空研发发展历史为例，不难发现，波音公司先后采用了经典的实验测试方法、半经验的方法、空气动力学的计算、政府内部及企业的CFD代码及广泛的采用CFD商业代码。
在波音公司2005年的软件应用报告中明确指明，在1998至2005年内，其公司每年数值仿真成果的增加量都接近84%左右，采用CAE/CFD的速度超过了工业的成长速度，CFD技术已经成为其设计的主要手段之一。
另外从美国软件公司ANSYS公司的销售业绩报告上显示，航空工业上的应用产值是其公司的主要收益来源之一。
CFD软件正以其强大的优势在研发中发挥的巨大的作用，例如在NISA的报告中提到，原本需要7年完成的维吉尼亚级潜水艇的设计，通过CFD技术的应用，5年就顺利完成；而预计需要11年完成的B-2轰炸机的飞行测试，则在短短的4年内就通过了测试。
CFD在发动机舱热管理中的应用发展
法 。 介 绍 了 目前 国 内、 外运用 Ｃ Ｆ Ｄ技 术 研 究 发 动 机舱 热 管 理 的发 展 现 状 ； 分析 了应 用 Ｃ Ｆ Ｄ数 值 模 拟 对 进 出风 口、 格 栅 造
型、 导流板 、 护风罩等结构和舱 内冷却模块 布置进行 的优化设计 ； 指 出了 当前 Ｃ Ｆ Ｄ研 究中还存 在的不足 ， 展望 了数值模
ｈ ｅ ａ ｖ ｉ ｌ ｙ ｉ ｎ ｆ ｌ ｕ ｅ ｎ ｃ ｅ ｅ ｎ ￣ ｎ ｅ —ｂ ａ ｙ ｆ ｌ ｏ ｗ ａ ｎ ｄ ｔ ｅ ｍ ｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｉ ｆ ｅ ｌ ｄ ， ｓ ｕ ｃ ｈ ａ ｓ ａ ｉ ｒ ｉ ｎ ｔ ａ ｋ ｅ ａ ｎ ｄ ｄ ｉ ｆ ｆ ｕ ｓ ｅ ｒ ， ｌ ｌ ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ， ｄ ｅ ｌ ｆ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ ， ｆ ａ ｎ ｓ ｈ ｒ ｏ ｕ ｄ ， ａ ｓ ｗ ｅ ｌ ｌ
（ Ｗｕ ｈ ａ ｎ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｗｕ ｈ ａ ｎ ４ ３ ０ ０ ８ １ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
【 Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ 】Ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ Ｃ Ｆ Ｄ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ（ ｃ ｏ ｍ ｐ ｕ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｌ ｆ ｕ ｉ ｄ ｄ ｙ ｎ ａ ｍ ｉ ｃ ｓ ）ｔ ｏ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｅ ａ ｎ ｄ ｓ ｏ ｌ ｖ ｅ ｔ ｈ ｅ ｖ ｅ ｈ ｉ ｃ ｌ ｅ ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｃ ｏ ｏ ｌ ｉ ｎ ｇ
Ｄｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐｍｅ ｎｔ ｏ ｆ ＣＦＤ Ｓｉ ｍｕｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏｎ Ｕｎｄ ｅ ｒ ｈｏ ｏ ｄ Ｔｈｅ ｒ ｍａ ｌ Ｍａ ｎａ ｇ ｅ ｍｅ ｎ ｔ
基于cfd的汽车发动机水泵叶轮优化设计
基于cfd的汽车发动机水泵叶轮优化设计
1 汽车发动机水泵叶轮优化设计
汽车发动机水泵是汽车发动机的重要部件，它的设计会直接影响
到汽车的性能、可靠性和使用寿命。
因此，加强对汽车发动机水泵叶
轮的优化设计，是汽车发动机性能改进和提升的关键。
目前，采用计算流体动力学（CFD）技术来优化汽车发动机水泵叶轮，是一种高效的方法。
CFD技术可以用来模拟外部流动场和模拟叶轮内部流动场，并通过计算来获得流动场中叶栅形式、管道形式和软管
弯曲处形式等特性。
根据CFD技术模拟的结果，可以对汽车发动机水泵叶轮进行全面
系统优化，从而达到最大化流动效率，使性能最优化。
此外，CFD模拟还可以提供流量分布和气动压力的分析，实现叶轮的结构加工和优化，最终达到节省能源的目的。
最后，通过计算流体动力学（CFD）模拟技术，可以有效优化汽车
发动机水泵叶轮性能，达到最优化效果。
完善流体动力学技术，促进
汽车发动机叶轮设计优化，将为汽车发动机的发展提供支持。
CFD技术在发动机冷却水套优化设计中的应用
冷 却 水套 Ｃ Ｄ分 析 的主 要 目的是 评 估 缸 体 火 力 Ｆ 速度耦合算法选择 ＳＬ Ｐ Ｅ ＩＭ Ｌ 。设水套内部的冷却液为 不可 压缩 粘性 湍流 流 动 ， 流 模型 为 ｋ ｚｔ— 方 程 ， 湍 －ｅａｆ 使 面 以及 在缸 盖上 ２个 排气 门之间 的鼻 梁 区这些 热 负荷 一 用混 合壁 处理 描述 壁 面附近 边界 层流 体 速度 和压 力 等 较 大 的区域 的换 热 系数 是否 符合要 求 （ 般 要求 缸体 的分 布 ， 且要 求贴 近壁 面 的网格 的 ｌ值 在 １－０ 。 ｙ ＋ ２ ０ １
０ （ ， 中发挥 着重 要作 用 。随着 人们 对发 动机 小 型化 与 高 功 于 ６０ ０Ｗ／ｍＫ）满 足要 求 。但是缸 盖 鼻梁 区 的换热 ０ ０ （ Ｋ） ７ 明显小于 １ ０ Ｗ／ Ｋ） ｍ ３０ ０ （ ｍ 率要 求 的不 断提高 ， 发动 机 的热负荷 明显 增大 。 却 水 系数仅在 １ ０ ０Ｗ／ ２ ３ ￣ ， 冷
量级 以下 ， 即小 于 １４ ０ 。残差 定 义对 于某一类 问题 是有
蕞
６０ ０ ０ ４０ ０ ０ ２０ ０ ０ Ｏ
用 的 ， 是这 种 要求 在 很 多 情况 下 ， 能是 不 合 适 的 。 但 可
因此 ， 好 的方法 就 是不仅 用 残差 来判 断 收敛性 ， 最 而且
ｓｍｕａｉｎｈ ｓｂ ｅ ｏ ｄ ｃｅ ｎｔｅｊｅ ｅ ｙｕ ｉｇｔｅｓｆ ａｅｏ Ｆ — ＡＶＬ Ｆｒ． ｈ ｏ ｖ ｃｉｎｈ ａ ｒｎ ｆｒｃ ｅ ｉｉｎ ｉ ｌｔ ａ ｅ ｎｃ ｎ ｕ ｔｄｏ ｈ ａ ｋ ｔｂ ｓ ｈ ｏ ｗ ｒ ｆＣ Ｄ — ｏ ｎ ｔ — ｉ Ｔ ｅｃｎ ｅ ｔ ｅｔｔ ｓｅ ｏ ｆ ｃｅ ｔ ｅ ｏ ａ
cfd在现代柴油机进气道开发中的应用
cfd在现代柴油机进气道开发中的应用计算流体力学（CFD）是一种利用数值方法解决流体运动问题的工程技术。
它在现代柴油机进气道开发中起着关键作用。
通过模拟和分析流体流动，CFD可以提供有关进气道设计的重要信息，从而改善柴油机的性能和效率。
1. 减小进气阻力使用CFD技术可以对进气道进行优化，减小进气阻力，提高空气流通效率。
通过分析流体运动和压力分布，可以确定最佳进气道形状，降低能量损失，增加进气量，提升发动机的输出功率。
2. 优化燃烧过程CFD可以模拟燃烧过程，预测燃烧效率和排放物生成情况。
通过调整柴油机进气道的几何结构和喷油系统参数，可以改善空燃比分布，减少燃料消耗和排放物的产生。
这对于满足环保法规要求至关重要。
3. 减少噪音和振动CFD技术能够模拟流体在进气道中的振动和噪音特性，帮助设计师定位和消除潜在的噪音和振动源。
通过提前识别问题区域并进行优化，可以减少柴油机的噪声和振动，提高乘坐舒适性。
4. 提升热管理柴油机的进气道也承担着散热的功能。
通过CFD仿真，在进气道内可以更好地理解热传导、对流和辐射等热传输机制，并优化散热装置的布局和设计，以提高发动机的热管理效率，防止过热导致的故障。
5. 验证实验数据CFD可以与实验数据进行对比和验证，提供可靠的工程分析。
通过与实际测量结果进行比较，可以评估模型的准确性，并对模型进行校正和优化，从而更好地指导柴油机进气道的开发工作。
总结CFD在现代柴油机进气道开发中具有不可替代的作用。
它可以帮助优化进气道设计，提高燃烧效率，降低噪音和振动水平，改善热管理，并验证实验数据。
随着技术的不断进步，CFD将继续为柴油机的进一步改进和创新做出重要贡献。
CFD技术在航空燃气涡轮发动机原理教学中的应用探讨
CFD技术在航空燃气涡轮发动机原理教学中的应用探讨【摘要】本文探讨了CFD技术在航空燃气涡轮发动机原理教学中的重要应用。
首先介绍了CFD技术的概述，然后详细介绍了航空燃气涡轮发动机的工作原理。
接着阐述了CFD技术在发动机设计、性能优化和故障诊断中的应用。
结合实际案例，说明了CFD技术在发动机原理教学中的重要性。
未来，随着CFD技术的不断发展，其在航空燃气涡轮发动机教学中的应用也将更加精准和高效。
总结指出，CFD技术为学生提供了更直观、深入的学习体验，促进了航空燃气涡轮发动机原理的更好理解和应用。
CFD技术在航空燃气涡轮发动机原理教学中扮演着重要的角色，为学生提供了更好的学习工具和理论基础。
【关键词】关键词: CFD技术, 航空燃气涡轮发动机, 原理教学, 应用探讨, 发动机设计, 性能优化, 故障诊断, 重要性, 未来发展, 总结1. 引言1.1 CFD技术在航空燃气涡轮发动机原理教学中的应用探讨CFD技术（计算流体力学）是一种利用计算机模拟流体力学问题的技术，已经在航空领域得到广泛应用。
在航空燃气涡轮发动机原理教学中，CFD技术的应用可以帮助学生更好地理解发动机的工作原理和性能特点。
通过CFD技术，学生可以模拟燃气涡轮发动机内部的流动情况，包括空气和燃料在发动机内部的流动路径、速度分布等，从而了解发动机的工作过程。
通过可视化的方式，学生可以直观地看到发动机内部流动的情况，有助于加深对发动机原理的理解。
CFD技术还可以帮助学生进行发动机设计和性能优化。
学生可以通过模拟不同设计参数对流体流动的影响，从而优化发动机的结构和性能。
CFD技术还可以在发动机故障诊断中发挥作用，帮助学生分析发动机故障的原因并提出解决方案。
CFD技术在航空燃气涡轮发动机原理教学中的应用具有重要意义，能够提高学生对发动机原理的理解及实践能力，同时也有助于培养学生的解决问题的能力和创新思维。
CFD技术的应用将为未来航空发动机技术的发展提供重要支持。
CFD软件在动力工程中的应用和反思
CFD软件在动力工程中的应用和反思作者：沈伟辛彦秋来源：《科技资讯》 2011年第35期沈伟1 辛彦秋2(1.海军航空工程学院飞行器工程系山东烟台 264001; 2.黎明航空发动机集团有限责任公司沈阳 410010)摘要:分析了计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)软件在国内动力领域的使用现状,指出了软件使用过程中存在的不足,对如何改进软件的使用提出了建议。
关键词:计算流体力学软件数值模拟中图分类号:O241 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2011)12(b)-0120-01计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)是以数值方法求解流动问题的一种计算技术,它作为流体力学的一个分支诞生于20世纪60、70年代,该学科经历了计算理论研究,算法程序化和计算程序的商业软件化等诸多发展阶段。
作为该学科研究成果的直接体现,各种CFD 软件已经成为分析航空航天、交通等动力领域中流动、传热和燃烧现象的有力工具。
随着计算机软硬件技术的飞速发展,CFD软件不仅具有了更为广泛的使用群体,而且其解决问题的层次、规模还在不断扩大。
1 使用现状我国在CFD理论研究方面与国外先进国家相比基本同时起步,国内张涵信、周力行等的研究也很具特色。
但在CFD技术发展过程的软件化、集成化和商业化等方面差距非常大。
国内至今没有出现一个完全自主的CFD商业软件。
国外CFD商业软件引进到国内动力工程领域始于20世纪90年代,这些软件一开始就以便捷的前处理工具、稳健的核心求解算法和丰富的可视化后处理功能而得到广大的使用者认可,也使得国内自主品牌的CFD软件丧失了立足和发展的可能。
经过进二十年应用,国外CFD商业软件几乎渗透到了国内动力工程领域研发、分析、评估的各个方向[1～3]并具有了如下的特点。
(1)起点高。
CFD商业软件避免了重复编程,让使用者从一些十分繁琐的共性基础工作中解脱出来,将更多的精力投入到所研究的核心问题上。
cfd在现代柴油机进气道开发中的应用
cfd在现代柴油机进气道开发中的应用CFD（Computational Fluid Dynamics，计算流体力学）在现代柴油机进气道开发中的应用引言：现代柴油机的进气道设计对于其性能和燃烧效率至关重要。
传统的进气道设计方法往往需要大量的试验和经验，耗费时间和资源。
然而，随着计算流体力学（CFD）技术的发展，它已经成为柴油机进气道开发中不可或缺的工具。
本文将探讨CFD在现代柴油机进气道开发中的应用，并分析其优势和挑战。
一、CFD在柴油机进气道流场分析中的应用柴油机进气道的设计需要考虑气流的流动特性以及与燃油的混合效果。
CFD技术可以模拟和预测气流在进气道中的流动情况，通过数值计算和数值模拟，可以得到流场的速度、压力和温度等重要参数。
在柴油机进气道的设计中，CFD可以帮助工程师们优化进气道的形状和尺寸，以达到最佳的气流分布和燃油混合效果。
二、CFD在喷油器设计中的应用喷油器是柴油机中关键的部件之一，直接影响到燃油的喷射效果和燃烧效率。
CFD技术可以模拟和分析喷油器内部的流动情况，通过优化喷油器的结构和喷孔的位置和尺寸，可以改善燃油的喷射效果和分布均匀性。
同时，CFD还可以预测喷油器附近的湍流和压力波动情况，以进一步优化喷油器的设计。
三、CFD在进气道噪音分析中的应用柴油机的进气道噪音是一种常见的问题，不仅会影响驾驶者的舒适性，还会对环境和周围居民产生噪音污染。
CFD技术可以模拟和分析进气道中的气流和声波的传播情况，通过优化进气道的结构和减震材料的使用，可以降低噪音的传播和产生。
CFD还可以预测不同驾驶工况下的进气道噪音水平，并提供改善措施的指导。
四、CFD在柴油机进气道热管理中的应用柴油机进气道的热管理对于提高燃油的燃烧效率和减少排放物的产生至关重要。
CFD技术可以模拟和分析进气道中的温度分布和热传导情况，通过优化进气道的散热结构和冷却系统的设计，可以有效地控制进气道的温度，降低热损失并提高燃烧效率。
CFD技术在航空燃气涡轮发动机原理教学中的应用探讨
CFD技术在航空燃气涡轮发动机原理教学中的应用探讨随着航空工业的发展，航空燃气涡轮发动机已成为飞机的主要动力来源。
了解航空燃气涡轮发动机的工作原理对于航空工程专业的学生来说十分重要。
而随着计算流体力学（CFD）技术的发展，它已经成为研究和教学航空燃气涡轮发动机原理的重要工具。
本文将探讨CFD技术在航空燃气涡轮发动机原理教学中的应用，以及其对学生的教学效果和职业素养的影响。
航空燃气涡轮发动机是一种将空气和燃料混合后进行高温燃烧，从而产生高速气流驱动涡轮并推动飞机前进的动力装置。
它的工作原理涉及燃烧、压缩、膨胀、以及各种复杂的热力和动力学过程。
对于学习航空工程的学生来说，理解和掌握航空燃气涡轮发动机的原理是至关重要的。
航空燃气涡轮发动机的工作原理十分复杂，很多关键的过程是难以直观地观察和理解的。
传统的教学方法主要依靠文字、图片和实验室实践来进行教学，限制了学生对于发动机运行全过程和内部结构原理的理解。
CFD技术的出现为航空燃气涡轮发动机的教学带来了新的可能。
CFD技术是一种通过数值方法和计算机模拟对流体流动和传热过程进行分析的技术。
它能够根据流体力学方程和传热学方程来模拟出复杂流体流动的行为，以及对流场、温度场、压力场等参数进行定量分析。
利用CFD技术，可以方便地从宏观和微观两个层面对航空燃气涡轮发动机的工作过程进行模拟和可视化展示，使学生能够更加直观地理解发动机的工作原理。
CFD技术还可以帮助学生对燃烧过程进行模拟。
航空燃气涡轮发动机内的燃烧过程是发动机能量转化的关键环节，也是学生理解发动机工作原理的重点之一。
传统教学方法难以将燃烧过程的微观结构和燃烧效率直观地展示给学生。
而CFD技术可以通过计算和模拟燃烧室内的温度、压力和燃烧产物的分布，从而使学生能够清晰地观察到燃烧过程的细节和规律，理解燃烧对于发动机性能的影响。
CFD技术还可以帮助学生对发动机内部的流体动力学过程进行模拟。
航空燃气涡轮发动机内部存在着多种流体动力学现象，如压缩、膨胀、旋涡产生等。
CFD技术在航空燃气涡轮发动机原理教学中的应用探讨
CFD技术在航空燃气涡轮发动机原理教学中的应用探讨1. 引言1.1 引言概述CFD技术在航空燃气涡轮发动机原理教学中的应用探讨随着科技的不断进步和发展，计算流体力学（CFD）技术在各个领域的应用越来越广泛，尤其是在航空领域。
航空燃气涡轮发动机作为航空领域中的重要组成部分，其原理和工作机理至关重要。
而通过CFD技术，可以更加直观地展示航空燃气涡轮发动机的内部流场情况，帮助学生更好地理解其原理。
本文将深入探讨CFD技术在航空燃气涡轮发动机原理教学中的应用。
首先将对CFD技术的原理进行简要介绍，以便读者对该技术有一个基本的了解。
接着将对航空燃气涡轮发动机的原理进行简要介绍，为后续教学应用奠定基础。
然后通过教学实践案例分析，展示CFD技术在航空燃气涡轮发动机原理教学中的具体应用。
最后将探讨未来发展方向，为进一步推广和应用CFD技术提供参考。
通过本文的探讨，希望读者能更深入地了解CFD技术在航空燃气涡轮发动机原理教学中的重要性和应用前景。
2. 正文2.1 CFD技术在航空燃气涡轮发动机原理教学中的应用CFD技术（Computational Fluid Dynamics，计算流体力学）是一种利用计算机模拟流体力学问题的工程技术。
在航空燃气涡轮发动机的原理教学中，CFD技术的应用可以提供直观的流场图像和数据，帮助学生更好地理解发动机内部的气流特性和工作原理。
通过CFD技术，教学人员可以展示不同工况下的气流分布情况，包括进气口、压气机、燃烧室、涡轮和喷管等部位的气流速度、压力等参数。
这样，学生可以通过虚拟仿真体验，感受到发动机各个部位的气流运动规律，加深对发动机工作原理的理解。
CFD技术还可以帮助教学人员进行教学实验设计，比如模拟不同设计参数对发动机性能的影响。
通过在虚拟环境中进行设计方案的分析和优化，可以培养学生的设计能力和工程实践能力。
CFD技术在航空燃气涡轮发动机原理教学中的应用，可以提高教学的趣味性和互动性，帮助学生更全面地了解航空发动机的工作原理和结构特点。
CFD在柴油机燃烧系统开发中的应用
图 17 温度分布 上述燃烧室中，中心部分持续高温的凹坑形状将使喷油器长时间工作于高温燃气之中，从而 影响其工作可靠性。 4．结论 利用 CFD 可以分析缸内复杂的流动与燃烧过程以及设计参数对发动机性能影响。使柴油机 设计周期缩短，能够精确控制缸内气体流动、混合气生成过程以及燃烧过程，使发动机在保 证动力性与经济性同时，满足日益严格的排放法规。
图 15 喷油持续期和喷油时刻对缸内碳烟生成过程影响
凹坑形状对喷雾的混合气形成与燃烧过程有很大的影响，主要与以下项目有关： （1）燃烧室流场
涡流强度 湍流场 涡流强度衰减 挤流与逆挤流 （2）喷雾贯穿距离匹配 着壁燃油量 着壁动量 着壁位置 （3）可靠性 喷油器热负荷 活塞热负荷 活塞刚度 主要参数： （1）缩口直径 （2）凹坑中心部形状 （3）深度
5
8.00E-06 6.00E-06 4.00E-06
原型 型1 型2 型3
2.00E-06
0.00E+00 350 400 450 500
图 16 燃烧室形式对 NOx 排放的影响
喷油器热负荷 发动机温度过高，造成喷油器散热不良，高温使针阀变形，严重时导致喷油器针阀卡死。在 柴油机设计时，就要考虑燃烧室中的温度及流场情况，尽量避免喷油嘴长时间受到高温。
企业产品必须满足排放法规，才能投放市场，在产品开发过程中，利用 CFD 模拟技术， 通常可以在以下几个方面发挥作用： 进气系统开发目标包括低进气阻力，高充量系数，合适的进气涡流，各缸进气均匀，涡轮增 压系统匹配；在燃烧系统开发方面，利用 CFD 可以完成下列工作，燃烧室几何形状，缸内 流动，混合气生成，着火、燃烧与放热，确定喷油规律，研究设计因素，排放；利用 CFD 进行燃烧系统和燃油喷雾匹配，降低开发成本，缩短开发周期。 2．进气道与进气流动
cfd在现代柴油机进气道开发中的应用
cfd在现代柴油机进气道开发中的应用CFD在现代柴油机进气道开发中的应用引言：现代柴油机进气道的设计和优化是提高柴油机性能的重要环节。
传统的试验方法费时费力，而计算流体动力学（CFD）技术的出现为柴油机进气道的开发提供了一种更加高效和经济的方法。
本文将重点介绍CFD在现代柴油机进气道开发中的应用，探讨其在提高柴油机性能和减少排放方面的优势。
一、CFD技术在柴油机进气道设计中的应用1.1 网格划分在进行CFD模拟之前，需要对柴油机进气道进行网格划分。
合理的网格划分可以准确地模拟流体的流动特性，并保证计算结果的可靠性。
通过CFD技术，可以根据柴油机进气道的几何形状和流动特性，合理划分网格，以获得精确的计算结果。
1.2 流场模拟CFD技术可以对柴油机进气道的流动进行模拟和分析。
通过对流场的模拟，可以了解进气道内的气流速度、压力分布等参数。
同时，CFD技术还可以模拟柴油机进气过程中的湍流现象，帮助设计人员深入了解进气道内的气流特性，为进一步优化提供依据。
1.3 进气道的优化设计基于CFD模拟的结果，设计人员可以对柴油机进气道进行优化。
例如，可以通过改变进气道的形状和尺寸，以减小气流的阻力和湍流损失，提高进气效率。
此外，还可以通过优化进气道的曲率半径和角度，改善气流的均匀性，减少气缸之间的压力差异，提高柴油机的工作稳定性和燃烧效率。
二、CFD技术在柴油机进气道开发中的优势2.1 提高设计效率传统的试验方法需要大量的时间和资源，而CFD技术可以快速模拟柴油机进气道的流动特性，提高设计效率。
通过CFD技术，设计人员可以在计算机上进行大量的虚拟试验，快速评估不同设计方案的性能，并根据模拟结果进行优化，从而减少了试验的时间和成本。
2.2 减少试验成本传统的试验方法需要建立实验设备，购买试验材料，并进行大量的实际试验。
而CFD技术不需要实际的试验装置和材料，只需要进行计算模拟即可。
因此，CFD技术可以显著减少试验的成本，提高柴油机进气道的开发效率。
CFD仿真在内燃机研究中的应用
CFD仿真在内燃机研究中的应用首先，CFD可以用于模拟内燃机的燃烧过程。
燃烧过程是内燃机的核心部分，直接决定了内燃机的动力输出和污染物排放。
CFD可以模拟燃烧室内的燃气流动、燃料喷射、混合和燃烧过程，通过计算化学反应方程、热力学和质量传输方程，可以准确预测燃烧效率、氮氧化物和颗粒物的排放等关键参数。
通过CFD仿真，可以优化燃烧室的结构设计、喷油系统的控制策略和燃烧过程的参数，实现更高的燃烧效率和更低的排放水平。
其次，CFD还可以用于内燃机的流动特性模拟。
内燃机中的气流和燃油喷雾对于燃烧过程和动力输出都起着重要的影响。
CFD可以模拟气缸中的气流和燃油喷雾的流动，预测气缸中的速度、压力和温度分布等参数。
通过CFD仿真，可以优化气缸的进、排气通道设计，改善进气和排气阻力，提高燃油喷雾的混合均匀度和催化剂的利用率，进而提升内燃机的动力性能和燃油经济性。
此外，CFD还可以用于内燃机的传热分析。
内燃机中燃料的燃烧产生大量的热能，需要通过汽缸壁和冷却系统散发出去，避免过热引起的故障。
CFD可以模拟燃烧室和冷却系统的传热过程，预测气缸壁的温度分布和热应力。
通过CFD仿真，可以优化冷却系统的设计，改善冷却水的流动和热传递性能，提高内燃机的热管理能力，延长零部件的使用寿命。
最后，CFD还可以用于内燃机的噪声振动分析。
内燃机的运转会产生机械振动和气动噪声，影响乘坐舒适性和环境噪声污染。
CFD可以模拟内燃机的气动噪声辐射和机械振动传播，预测噪声源的强度和频谱分布。
通过CFD仿真，可以优化内燃机的结构设计和降噪措施，减少噪声振动的产生和传播，实现更低的噪声水平。
总之，CFD仿真技术在内燃机研究中具有广泛的应用前景。
通过CFD 仿真，可以更全面地了解内燃机的燃烧过程、流动特性和性能指标，为内燃机的优化设计和性能提升提供重要的技术支持。
随着计算能力的不断提高和CFD模型的不断完善，CFD仿真技术将在内燃机研究中发挥越来越重要的作用。
应用CFD方法改善发动机舱散热性能
［ ｂｔａ ｔ Ａｍｉｇａ ｔｅｐｏ ｌ ｆ ｎ ｅｈ ｏ ｖｒｅｔｎａｖｈｃ ｔｄｉｇ ｄ ， Ｄ ｓ ｕａ ｏ ｎｔｅ Ａ ｓｒｃ］ ｉ ｎ ｔ ｈ ｒ ｅ ｏ ｕ ｄ ｒｏｄｏｅｈａ ｉ ｅ ｉ ｅａ ｉｌ ｅ ａ３ ｉ ｌ ｉｎｏ ｂｍ ｌ ｎ ｍｏ ｍ ｔ ｈ
动机 的动力性 、 燃油 经济 性和 可靠性 变坏 ； 部温 局 度 过高还 会导致 橡胶 条或 电线 软化 ， 至引起 自燃 。 甚 因此研究 发动机 舱 内的流 动状况 十分 必要 Ｊ 。 某轿 车在怠 速 工 况 下发 动 机 舱 整 体 温度 偏 高 ， 需要进 行 改进 。本 文 中首先 针对原 车 型进 行数 值 分 析 ， 现该 车型温 度过 高 的问题 ， 后 提 出了改 进 的 发 然
１Ｓｈｏ ｏ ｃａ ｉ ｌ ｎ ｉｅｒ ｇ， ｅ ａ ｏａｏ ｆｒ ｏ ｅ ｃｉ ｒ ｎ ｎｉｅｒ ｇｏ ｎ ． ｃｏｌｆＭｅｈ ｎｃ ｇｎｅｎ ＫｙＬ ｂｒｔｒ ｏ ｗ ｒ ａＥ ｉ ｙ Ｐ Ｍａｈｎ ｙａｄＥ ｇｎｅｉ ｅ ｎ ｆＭ ｏ ｄ ｃｔ ｎ ｆＥ ｕａｉ ｏ
ａｒｆｏ ｉ ｎ ｉ ｅ ｃ ｍｐ ｒｍｅ ｓｃ ｒｉ ｄ ｏ ｔｂ ｓｎ Ｄ ｏｔ ｒ ｌ ｅ ｔ Ｆ ｏ ｔ ｉ ｕ ａｉｎ ｒ ｓ ｌ ｆｖ ｌｃ ｔ ｉ ｗ ｎ ｅ ｇｎ ｏ ａ ｔ ｎｔｉ ａ ｒｅ ｕ ｙ ｕ ｉ ｇ ＣＦ ｓ ｆｗａ ｅ Ｆ ｕ ｎ ． ｒ ｍ ｈｅ ｓｍ ｌｔｏ ｅ ｕ ｔ ｏ ｅ ｏ ｉｙ ｌ ｓ
维仿真 。从仿真结果的速度和温度分 布 ， 发现冷却气 体回流是导致发 动机舱过热 的根本原 因。据 此提 出添 加阻风 板 的改进方案 ， 以有效地改善该车型发动机舱内冷却气体 的流 动 ， 解决 了舱 内温度过高的问题 。
关 键词 ： 动机 舱 ； 热 ； 值模 拟 ； 算流体 动力 学 发 散 数 计
cfd在能源与动力工程方面的应用与展望
cfd在能源与动力工程方面的应用与展望CFD在能源与动力工程方面的应用与展望一、引言CFD（Computational Fluid Dynamics，计算流体力学）是一种通过数值模拟方法来研究流体流动和传热问题的工程技术。
随着计算机性能的提升和数值模型的不断改进，CFD在能源与动力工程领域得到了广泛应用。
本文将从燃烧、风力发电、核能以及航空航天等方面介绍CFD在能源与动力工程中的应用，并展望其未来发展。
二、CFD在燃烧中的应用1. 燃料混合与燃烧过程优化CFD可以模拟不同燃料混合比例下的燃料燃烧过程，通过调整气体进口速度和喷嘴结构等参数，优化燃料混合效果，提高燃料利用率和减少污染物排放。
2. 煤粉气化过程模拟CFD可以对复杂的气化反应进行建模和仿真，预测气化过程中各组分浓度分布、温度分布等参数变化情况，为优化气化反应器设计和操作提供依据。
3. 燃烧室设计与优化CFD可以模拟不同燃烧室结构下的流动和传热过程，通过调整燃料喷射角度、燃料喷射速度等参数，优化燃烧室结构，提高燃料的完全燃烧率和减少污染物排放。
三、CFD在风力发电中的应用1. 风场建模与风机布局优化CFD可以模拟不同地理环境下的风场分布情况，通过调整风机的位置和高度等参数，优化风机布局，提高风能利用效率。
2. 风机叶片设计与优化CFD可以模拟风机叶片在不同工况下的气动特性，通过调整叶片形状、倾角等参数，优化叶片设计，提高转轮的产能和效率。
四、CFD在核能中的应用1. 核反应堆堆芯流动与传热分析CFD可以模拟核反应堆堆芯中冷却剂（如水）的流动情况，并预测温度分布、压力分布等参数变化情况，为核反应堆的安全运行提供依据。
2. 燃料元件热工水力特性分析CFD可以模拟燃料元件中冷却剂的流动和传热过程，预测温度分布、压力分布等参数变化情况，为优化燃料元件设计和运行参数提供依据。
五、CFD在航空航天中的应用1. 飞机气动特性分析与优化CFD可以模拟飞机在不同速度、高度等工况下的气动特性，通过调整机翼形状、机身外形等参数，优化飞机设计，提高升力和减小阻力。
基于CFD的发动机性能优化
基于CFD的发动机性能优化《基于 CFD 的发动机性能优化》发动机作为现代工业的核心部件之一，其性能的优劣直接影响着整个设备的工作效率、能源消耗以及排放水平。
随着科技的不断进步，计算流体动力学（CFD）技术在发动机性能优化方面发挥着越来越重要的作用。
CFD 是一种通过数值计算来求解流体流动和传热等物理问题的方法。
在发动机领域，它可以模拟发动机内部的复杂流动现象，如进气、压缩、燃烧和排气过程，从而为优化发动机的设计提供有力的依据。
首先，让我们来了解一下发动机性能优化的重要性。
一台性能出色的发动机不仅能够提供强大的动力输出，还能降低燃油消耗，减少污染物排放，延长使用寿命。
而要实现这些目标，就需要对发动机的各个部件和工作过程进行精心设计和优化。
在进气系统的优化方面，CFD 可以帮助我们分析进气道的形状、长度和截面变化对气流速度和压力分布的影响。
通过模拟不同的进气方案，可以找到能够提高进气充量和均匀性的最佳设计，从而增加发动机的功率和扭矩。
对于燃烧室的优化，CFD 能够模拟燃烧过程中的燃料喷射、混合和燃烧反应。
通过调整燃烧室的形状、火花塞位置和喷油策略，可以实现更快速、更完全的燃烧，提高热效率，降低有害排放物的生成。
在排气系统中，CFD 可以研究排气管的长度、直径和弯曲程度对排气阻力和回压的影响。
合理的排气设计可以减少排气能量损失，提高发动机的换气效率。
然而，基于CFD 的发动机性能优化并非一帆风顺。
在实际应用中，存在着一些挑战和限制。
模型的准确性就是一个关键问题。
为了准确模拟发动机内部的复杂流动和燃烧过程，需要建立精确的几何模型和物理模型。
这不仅需要对发动机的结构和工作原理有深入的了解，还需要对相关的流体力学和热力学知识有扎实的掌握。
计算资源和时间也是制约因素。
复杂的 CFD 模拟往往需要大量的计算资源和时间。
对于一些大型的发动机模型，一次完整的模拟可能需要数天甚至数周的时间。
因此，在实际应用中，需要合理简化模型，采用高效的算法和并行计算技术，以提高计算效率。
CFD辅助发动机工程的理论与应用
序前言主要符号说明第一章绪论1.1CFD辅助发动机工程概述1.2CFD辅助发动机工程的研究进展1.2.1CFD辅助发动机工程的形成1.2.2CFD辅助发动机工程中的CAD技术1.2.3数理模型及求解方法的研究1.2.4CFD辅助发动机工程的研究历程1.2.5CFD中的可视化技术研究进展1.3CFD辅助发动机工程的研究内容第二章CFD辅助发动机工程及其几何建模2.1CFD辅助发动机工程的系统组成2.1.1计算机辅助发动机工程的系统组成2.1.2CFD辅助发动机工程的系统建模2.2CAD平台的构建2.2.1CAD技术2.2.2CAD平台的构建2.3数据库技术2.3.1数据信息的处理2.3.2数据库的结构化模块设计2.4计算机辅助几何建模2.4.1曲线曲面的描述2.4.2内流系统的几何建模第三章CFD辅助发动机工程的数学建模3.1引言3.2准维模拟数学模型3.2.1缸内过程基本热力学方程及推导3.2.2湍流火焰传播模型3.2.3燃烧室壁面的传热计算3.2.4工质物性参数的计算3.2.5火焰传播与燃烧室结构的相关性3.2.6发动机整体性能指标3.3多维模拟数学模型3.3.1多维模型的建立3.3.2模型求解方法3.3.3数值模拟流程第四章网格自动生成技术4.1网格自动生成的技术基础4.1.1网格划分的一般要求及其划分方法的分类4.1.2结构化网格和非结构化网格4.1.3分快结构化网格生成技术4.2网格自动生成方法4.2.1单域贴体网格的自动生成4.2.2分快贴体网格的整体集成4.2.3网格自动生成流程4.2.4应用实例4.3计算机辅助网格生成4.3.1ICEMCFD技术4.3.2计算机辅助网格生成4.4动态网格自动生成4.4.1活塞运动动态网格生成4.4.2气门运动动态网格生成4.4.3窄网格层单元调整4.4.4应用实例第五章汽油机准维循环模拟5.1二冲程汽油机换气过程模拟5.1.1二冲程汽油机“混合-分层”组合扫气模型5.1.2工作过程准维模拟计算流程5.1.3二冲程发动机的结构特点及其主要参数5.1.4发动机示功图的测录5.1.5计算结果与分析5.1.6变参数性能预测5.1.7燃烧模型的计算结果与分析5.1.8分形在准维燃烧模型中的应用5.1.9一种改进的质量燃烧率模型5.2四冲程汽油机准维循环模拟5.2.1四冲程汽油机的结构特点及其主要参数5.2.2四冲程汽油机准维循环模拟5.2.3变参数性能预测第六章二冲程发动机中的气体流动特性6.1引言6.2计算初、边值条件的处理6.2.1计算网格的划分6.2.2初、边值条件的处理6.3计算结果及分析6.3.1原设计方案的计算分析6.3.2扫气系统的改进与分析6.3.3缸内流场的基本结构第七章四冲程发动机中的气体流动特性7.1引言7.2进气道及缸内系统的气体流动特性7.2.1计算机初、边值条件的处理7.2.2计算结果与分析7.3进气管与进气道及缸内系统的气体流动特性7.3.1计算区域结构特点及主要参数7.3.2初、边值条件的处理及数字模型的补充7.3.3计算结果与分析7.4四冲程六缸发动机进气管系统流动特性7.4.1流场特性分析7.4.2流量特性分析7.4.3进气管内流场基本特性第八章发动机气体流动计算的可视化技术8.1数据的有效管理及其数据结构8.2数值计算的可视化技术8.2.1可视化技术的基本概念和方法8.2.2基于MC算法的等值面生成8.2.3剖面绘制技术8.2.4等值线生成技术8.2.5矢量场可视化8.2.6体绘制技术8.3系统组成及计算结果的可视化8.3.1系统组成8.3.2计算结果可视化举例参考文献。
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第07卷 第04期 中 国 水 运 Vol.7 No.04 2007年 04月 China Water Transport April 2007
收稿日期：2007-3-4
作者简介：王 飞 男（1983—） 华北水利水电学院机械学院 硕士研究生 （450011）
祁丽霞 女 华北水利水电学院机械学院 讲师 （450011） 孙永生 女 华北水利水电学院机械学院 教师 （450011）
CFD 技术在发动机研究中的应用
王 飞 祁丽霞 孙永生
摘 要：随着计算机技术和计算流体力学等相关理论的发展，数字化仿真技术被广泛应用于发动机研究的诸多领域，并且取得了许多富有意义的成果。
本文阐述了CFD 技术在发动机设计开发中的重要性，并借助于Fluent 软件介绍了CFD 技术在发动机数值模拟中的具体步骤。
关键词：发动机 CFD 动网格 数值模拟
中图分类号：TK05 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2007）04-0043-02 一、引言
发动机的整个工作过程涉及到许多复杂的物理化学变化，传统的设计主要依靠经验和实验台架的方法，其设计周期长、效率低、开发成本高，难以适应市场对产品多样化的要求。
随着计算机技术和相关理论的进一步成熟(如计算流体力学、化学反应动力学、燃烧学、数值分析、计算几何等)，为发动机中众多问题的研究和解决提供了有利的手段。
与实验相比，应用CFD 技术进行发动机工作过程的模拟计算，不仅能提供实验研究不可能提供的信息量，而且花费小、周期短、适应性强、效果明显，并能充分反应结构参数、几何形状的影响，有关参数的获取、分析与实验相比要来得简单、快捷，是一种研究发动机缸内工作过程的重要方法。
本文主要是利用通用CFD 软件Fluent 对发动机工作过程的数值模拟步骤进行详细介绍，此方法在发动机设计开发中可以起到较好的辅助作用。
二、模型的建立
CFD 技术在发动机工作过程中的计算机模拟是以流体力学、燃烧学、传热学等理论及数值计算方法和试验研究为基础，融试验研究、理论分析和数值计算为一体，综合考虑气流运动、燃烧室形状和燃烧等因素的匹配，其研究的主要内容有：物理问题的模型化、模型问题的数学处理、应用问题的模型化处理和总体效果分析。
1．几何模型的建立和网格的划分
Fluent 是一种常用的CFD 软件，其前处理器Gambit 具有一定的几何建模能力和功能强大的网格生成能力，在网格划分时，不仅提供了结构化网格和分区剖分网格能力，而且能够生成完全非结构化网格，其中包括四面体网格、六面体网格、三角柱网格和金字塔型网格，并允许以上多种网格的混合。
Gambit 与大多数的CAD/CAE 系统有丰富的接口，用户可以用I-DEAS、Pro/E、SolidWorks、Solidedge 等进行造型，然后再用Gambit 进行网格划分。
也可以在
ICEMCFD、GridGen 等网格软件中生成Fluent 可用的网格，然后输入到Fluent 中进行求解计算。
2．动网格的生成
活塞在缸内运动时对应不同的曲轴转角有不同的缸内位置，为求解不同曲轴转角下对应的流场物性参数值，要先获取不同曲轴转角时其相应的网格节点坐标，以生成活塞运动时的网格即动态网格。
然后利用Fluent 动态网格分析方法来模拟仿真，活塞的运动则由连杆长度、曲轴半径、上止点（TDC）的中心位置等几何参数和运动学参数决定。
()()
1cos 2s c A p L θ=+
−式中，p s 是活塞位置（在上止点为0，在下止点为A），L 是连杆长度，A 是活塞行程，c θ是当前的曲轴转角（上止点时刻曲轴转角为0）。
3．数学模型
各种CFD 软件的数学模型都是以纳维－斯托克斯方程组与各种湍流模型为主体，再加上多相流模型、燃烧与化学反应流模型、自由面流模型以及非牛顿流体模型等组成。
它们的差异表现在各种描述燃烧和流动的物理化学过程模型的各种有机组合及采用不同的数值计算方法上。
对于Fluent 来说，所用数学模型有描述流体运动基本规律的质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程、各种湍流模型、组分质量守恒方程及相关的气体状态方程和热力学关系式。
4．边界条件与初始条件的确定
边界条件是影响计算精度和计算效率的重要因素之一，准确确定复杂的边界条件是实现高精度数值模拟的一个关键技术，在工作过程的数值模拟中，流动边界条件的确定相对简单，而与传热相关的复杂的边界条件难以精确确定。
理论上，只要取足够多的时间步，进行足够长的循环计算，这样流场的解最终将自动显示出周期性，而与初始条件
44 中 国 水 运 第07卷
无关。
而实际计算中为了使解尽快收敛，提高计算精度，尽量合理地规定初始条件还是很有必要的，特别当计算所持续的时间不足一个循环时更是如此。
5．方程的离散和求解
Fluent采用有限体积法将非线性偏微分方程转变为网格单元上的线性代数方程，然后通过求解线性方程组得出流场的解。
网格划分可以将连续的空间划分为相互连接的网格单元。
每个网格单元由位于几何中心的控制点和将网格单元包围起来的网格面或线构成。
所谓求解流场控制方程，最终目的就是获得所有控制点上流场变量的值。
有限体积法的求解策略就是用边界面或线上的通量计算出控制点上的变量。
Fluent中用于计算通量的方法包括一阶迎风格式、指数律格式、二阶迎风格式、QUICK格式、中心差分格式等形式。
Fluent提供两种数值求解方法：分离解法和耦合解法。
这两种求解方法的求解对象是相同的，即它们所求解的控制方程均为描述质量守恒、动量守恒和能量守恒的连续方程、动量方程和能量方程，在考虑湍流和化学反应时，还要加上湍流方程和化学组元方程，它们都用有限体积法作为对计算对象进行离散求解的基础方法，两种求解方法的区别在于它们所使用的线化方法和求解离散方程的方法是不同的。
三、结束语
本文对CFD辅助发动机的现代设计方法进行了描述，介绍了运用前处理软件Gambit进行建模和网格划分，并利用计算流体动力学软件Fluent进行计算分析的过程。
利用CFD软件对发动机工作过程进行精确数值模拟计算，可以不受试验环境和试验条件的限制，对于发动机的优化创新设计将起到越来越重要的作用。
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The application of CFD technology on the engine research
Wang Fei Qi Lixia Sun Yongsheng
Abstract：With the development of relevance theory such as computer technology and computational fluid mechanics, digital simulation technique has been broadly applied to many fields of the engine research, and many meaningful achievements have been acquired. This paper illustrates the importance of Computational Fluid Dynamics(CFD) technology in the development of engine, and introduces the concrete steps that the application of CFD technology on the numerical simulation of engine by the means of software Fluent.
Key words：engine; CFD; dynamic mesh; numerical simulation。