某商用车发动机进气系统流场分析与优化改进
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Ｊ ‘ 个．』 ¨ 最 大单 元 Ｊ 寸 为 ８ ｍ ｍ， 最小为 ０ ． ３ １ ２ ５
ｎ ｌ ｌ ｌ １ （ ｃ Ⅱ １ １ 、 ２ ）
式 中， Ｐ ． 为气流密 度； Ｕ ， 为气流 的平均 速度 。 根 据类 似机型 的稳流 试验数 据， 对 于不 同 的气 门升程 ， 进 ｍ ｒ Ｊ 处 的 力差在 ６ ５ ０ ０ Ｐ ａ ～２ ０ ０ ０ Ｐ ａ， 气 门升程 较 大时压 力差 较小 故存指 定进 气 压 力为
来获得这些参数， 并对流动计算模型进行处理。
３ 发 动 机 进 气 系 统 模 型 建 立 与 流 场
轻 型 汽 车技 术
２ …７ （ １ － ２） ３ ＿ ２ 设 置 边 界 条 件
技 术 纵 横 ２ １
分 析
３ ． １ 计算域 网格 的生成
通过 所建 数学模 型 ，存 给定边 界 条件 和 初始
１ 引 言
在现代发动机的研发中， 进气道 的设计 和进
气道 燃烧 室 的匹配 变得 十分 重要 。为获得 良好 的 混合 物质 量 和 高燃烧 率 ，新 鲜充 量 的运 动 需要 合
短 产 品设 计周 期， 降低成 本 。Ｃ Ｆ Ｄ技 术 的计 算误 差 可达 ５％之 内，因此在 进 气 系统 设 计 中充分 利 用
Ｚ Ｉ ｌ 边 界 为静 压 Ｐ ｌ Ｉ 。对进 几边 界， 总 和静 压 的关 系为 ：
ｐ Ｉ ＝ ｐ ＋ — — Ｅ ！ ｊ （ ３ 一 １ ）
响． 许 号虑 汁算 收 敛 稳定 性 素， 数 值 计算 时取 气
缸 的高度 为 ３ ． ５ Ｄ 。 戊川 Ｆ Ａ ＭＥ网格生 成技 术， 生成 以人嘶 体 网格 为主． 面体 、 四面体， 金 字塔 彤单 元 为／ ｆ 精度 网格 的过渡 元 ，网格单 元 总数 约 ４ ０
影响， 并影响后续 的燃烧过程， 因此在进气系统设 计时先对气道性能进行计算和分析， 能够有效缩
短设 计周 期， 降低设 计成 本 。 利用 Ｃ Ｆ Ｄ技 术 可 以对 气 道 的 数 字 模 型 进 行
流场模拟， 并进行可视化显示， 使设计 者直观 的了 解并判断所求流场形态是否满足设计要求。若不
流量 系数和涡流比等参数， 为进 气道性能优化、 评价和再设计提供 了方法和依据。
并对进 气 系统模 型进行 优 化 ，再 次进 行 流场 分析后 进 气 系统 流 量 系数 得 到提 高 。
大幅提 高 了发 动机 进 气 系统 的进 气效率 。 关键 词 ： 流 场 分析 进 气 系统 ＣＦ Ｄ 流 量 系数
２ ０ 技 术纵横
轻 型汽 车技 术
２ ０ １ ７ （ １ — ２）
某商用车发动机进气系统流场分析与优化改进
刘 京 一
（ 南京依 维柯 汽 车有 限公 司 ） 摘 要： 本课 题对 某 商 用车发 动机 进 气 系统进 行 流场 分析 与优 化 改进 。在 发
动机 进 气 系统设 计 中， 以其进 气道 几何 模 型 为基础 ， 借 鉴相 关机 型 的 气道 稳 流试 验 数据， 运 用计 算 流体 动 力 学理论 （ ｃＦ Ｄ） 和有 关数值 计 算 方 法， 对 ４种 不 同气 门升 程 下的进 气道缸 内流场特 性进 行 了计 算分析 。 建 立 了评 价进 气道稳 流特 性 的有 关计 算模 型 ， 给 出 了其 进 气 流量 、 进 气道 内气 流分 布 、 不 同 气 门升 程 下缸 内流 场 特性 、
其进气道几何模型为基础 ， 运用计算流体动 力学 理论（ Ｃ Ｆ Ｄ ） 和有关数值计算方法， 对４ 种不同气 门 升程下 的进气道缸 内流场特性进行 了计算分析 ， 并依据计算分析结果进行方案优化分析。
２ 进 气 道 流 动特 性 的评 价 方 法
评 价进气 道设 计好 坏 主要通 过进 气 道流 通 能 力及 其 产生 涡 流（ 或 滚流 ） 的能 力来 确定 。为 了能 够 比较不 同形状 和尺 寸气道 的流 动特性 ， 一般 用流 量 系数 评价 不 同气 门升程 下气 道 的阻力 特性 或 流 通 能力 ， 用 涡流 比评 价不 同气 门升程 下气道 形成 涡
ｌ Ｏ ０ ０ ０ ０ Ｐ ａ ， ｆ ｝ Ｉ Ｈ 力随气 门升程 成线性 变化 。
３ ． ３ 计 算结 元 的应用 ，使 得 计算 域 体『 救 】 格 质 很 好 。气 门 、 气 门座 、 燃 烧室 采 用贴 体 卡 ｝ ｝ 成技 术 ， 使 用 的单 元 尺寸 足 以精 确描 述 Ｊ 、 Ｊ 摩 以及燃烧 室 的形状Ｉ 。对 于不 同 气 门 升 ， 衙 分刖 ｌ 成 其计算 网格 。
Ｃ Ｆ Ｄ技术是可行的而且是必要的。本课题对某商
用 车发 动机 进气 系统进行 流场 分析 与优化 改进 ， 以
适的宏观和微观结构 ： 宏观结构包括 缸内大尺度 充气运动， 如涡流和滚流； 微观结构通常用湍流强 度、 湍流积分尺度和湍流时间尺度来度量［ １ Ｊ 。由进
气 过程产 生 、在进 气 门关 闭时 刻建立 的 缸 内流场 结 构对 着火 燃烧前 燃 烧室 内 的流场结 构 具有 重要
满 足要求 可 对数 字模 型进行 快 速变形 并输 入 Ｃ Ｆ Ｄ
流的能力 ，使用三维数值模拟计算方法对进气道
的流动特 ｆ 生 进 行评估 ， 采 用 与稳流试 验类 似的方 法
软件再次模拟流场， 直到满足设计要求为止回 。因
此， 相 对 于实验 的设 计方 法 ， Ｃ Ｆ Ｄ技术 可 以大大 缩
条件 下， 埘进气 道进行 了不 同气 门升程 条件下 的稳
考虑到 气流 入进 气道 时在气 道前 端 产生 湍
流 ，勾 Ｊ ’ 避免“ ｊ 口边 界 处的 流场 对缸 内流场 的影
流特 性 数值模 拟计 算 。空 气 从方形缓 冲体前 表 面
进入 ， 从 气缸 底部流 ｆ Ｉ ｊ 。 给定进 口边 界为 总压 Ｐ ． ， 出
ｎ ｌ ｌ ｌ １ （ ｃ Ⅱ １ １ 、 ２ ）
式 中， Ｐ ． 为气流密 度； Ｕ ， 为气流 的平均 速度 。 根 据类 似机型 的稳流 试验数 据， 对 于不 同 的气 门升程 ， 进 ｍ ｒ Ｊ 处 的 力差在 ６ ５ ０ ０ Ｐ ａ ～２ ０ ０ ０ Ｐ ａ， 气 门升程 较 大时压 力差 较小 故存指 定进 气 压 力为
来获得这些参数， 并对流动计算模型进行处理。
３ 发 动 机 进 气 系 统 模 型 建 立 与 流 场
轻 型 汽 车技 术
２ …７ （ １ － ２） ３ ＿ ２ 设 置 边 界 条 件
技 术 纵 横 ２ １
分 析
３ ． １ 计算域 网格 的生成
通过 所建 数学模 型 ，存 给定边 界 条件 和 初始
１ 引 言
在现代发动机的研发中， 进气道 的设计 和进
气道 燃烧 室 的匹配 变得 十分 重要 。为获得 良好 的 混合 物质 量 和 高燃烧 率 ，新 鲜充 量 的运 动 需要 合
短 产 品设 计周 期， 降低成 本 。Ｃ Ｆ Ｄ技 术 的计 算误 差 可达 ５％之 内，因此在 进 气 系统 设 计 中充分 利 用
Ｚ Ｉ ｌ 边 界 为静 压 Ｐ ｌ Ｉ 。对进 几边 界， 总 和静 压 的关 系为 ：
ｐ Ｉ ＝ ｐ ＋ — — Ｅ ！ ｊ （ ３ 一 １ ）
响． 许 号虑 汁算 收 敛 稳定 性 素， 数 值 计算 时取 气
缸 的高度 为 ３ ． ５ Ｄ 。 戊川 Ｆ Ａ ＭＥ网格生 成技 术， 生成 以人嘶 体 网格 为主． 面体 、 四面体， 金 字塔 彤单 元 为／ ｆ 精度 网格 的过渡 元 ，网格单 元 总数 约 ４ ０
影响， 并影响后续 的燃烧过程， 因此在进气系统设 计时先对气道性能进行计算和分析， 能够有效缩
短设 计周 期， 降低设 计成 本 。 利用 Ｃ Ｆ Ｄ技 术 可 以对 气 道 的 数 字 模 型 进 行
流场模拟， 并进行可视化显示， 使设计 者直观 的了 解并判断所求流场形态是否满足设计要求。若不
流量 系数和涡流比等参数， 为进 气道性能优化、 评价和再设计提供 了方法和依据。
并对进 气 系统模 型进行 优 化 ，再 次进 行 流场 分析后 进 气 系统 流 量 系数 得 到提 高 。
大幅提 高 了发 动机 进 气 系统 的进 气效率 。 关键 词 ： 流 场 分析 进 气 系统 ＣＦ Ｄ 流 量 系数
２ ０ 技 术纵横
轻 型汽 车技 术
２ ０ １ ７ （ １ — ２）
某商用车发动机进气系统流场分析与优化改进
刘 京 一
（ 南京依 维柯 汽 车有 限公 司 ） 摘 要： 本课 题对 某 商 用车发 动机 进 气 系统进 行 流场 分析 与优 化 改进 。在 发
动机 进 气 系统设 计 中， 以其进 气道 几何 模 型 为基础 ， 借 鉴相 关机 型 的 气道 稳 流试 验 数据， 运 用计 算 流体 动 力 学理论 （ ｃＦ Ｄ） 和有 关数值 计 算 方 法， 对 ４种 不 同气 门升 程 下的进 气道缸 内流场特 性进 行 了计 算分析 。 建 立 了评 价进 气道稳 流特 性 的有 关计 算模 型 ， 给 出 了其 进 气 流量 、 进 气道 内气 流分 布 、 不 同 气 门升 程 下缸 内流 场 特性 、
其进气道几何模型为基础 ， 运用计算流体动 力学 理论（ Ｃ Ｆ Ｄ ） 和有关数值计算方法， 对４ 种不同气 门 升程下 的进气道缸 内流场特性进行 了计算分析 ， 并依据计算分析结果进行方案优化分析。
２ 进 气 道 流 动特 性 的评 价 方 法
评 价进气 道设 计好 坏 主要通 过进 气 道流 通 能 力及 其 产生 涡 流（ 或 滚流 ） 的能 力来 确定 。为 了能 够 比较不 同形状 和尺 寸气道 的流 动特性 ， 一般 用流 量 系数 评价 不 同气 门升程 下气 道 的阻力 特性 或 流 通 能力 ， 用 涡流 比评 价不 同气 门升程 下气道 形成 涡
ｌ Ｏ ０ ０ ０ ０ Ｐ ａ ， ｆ ｝ Ｉ Ｈ 力随气 门升程 成线性 变化 。
３ ． ３ 计 算结 元 的应用 ，使 得 计算 域 体『 救 】 格 质 很 好 。气 门 、 气 门座 、 燃 烧室 采 用贴 体 卡 ｝ ｝ 成技 术 ， 使 用 的单 元 尺寸 足 以精 确描 述 Ｊ 、 Ｊ 摩 以及燃烧 室 的形状Ｉ 。对 于不 同 气 门 升 ， 衙 分刖 ｌ 成 其计算 网格 。
Ｃ Ｆ Ｄ技术是可行的而且是必要的。本课题对某商
用 车发 动机 进气 系统进行 流场 分析 与优化 改进 ， 以
适的宏观和微观结构 ： 宏观结构包括 缸内大尺度 充气运动， 如涡流和滚流； 微观结构通常用湍流强 度、 湍流积分尺度和湍流时间尺度来度量［ １ Ｊ 。由进
气 过程产 生 、在进 气 门关 闭时 刻建立 的 缸 内流场 结 构对 着火 燃烧前 燃 烧室 内 的流场结 构 具有 重要
满 足要求 可 对数 字模 型进行 快 速变形 并输 入 Ｃ Ｆ Ｄ
流的能力 ，使用三维数值模拟计算方法对进气道
的流动特 ｆ 生 进 行评估 ， 采 用 与稳流试 验类 似的方 法
软件再次模拟流场， 直到满足设计要求为止回 。因
此， 相 对 于实验 的设 计方 法 ， Ｃ Ｆ Ｄ技术 可 以大大 缩
条件 下， 埘进气 道进行 了不 同气 门升程 条件下 的稳
考虑到 气流 入进 气道 时在气 道前 端 产生 湍
流 ，勾 Ｊ ’ 避免“ ｊ 口边 界 处的 流场 对缸 内流场 的影
流特 性 数值模 拟计 算 。空 气 从方形缓 冲体前 表 面
进入 ， 从 气缸 底部流 ｆ Ｉ ｊ 。 给定进 口边 界为 总压 Ｐ ． ， 出