CFD_FEA耦合计算分析发动机排气歧管热负荷
基于ANSYS的发动机排气歧管流热固耦合性能分析
体分析，得到流体域与固体域的温度场与压力场。继而
温度场在固体壁面变化，是因为排气歧管废气热量在快
将流体分析得到的温度放在热分析模块中求解该歧管
速流动而导致的温度场变化，因此需要考虑的流体、温
的温度场，完成流-热耦合过程，再将流体分析与热分析
度、固体之间的相互作用与影响。
耦合得到的压力场与温度场作为边界条件，映射到静态
图和体积温度云图，分别如图 7、图 8 所示。
根据分析云图可以得出，由于排气歧管气体流速
快，废气又为高温废气，所以随着废气热量和流速增多，
导致内外侧压力有温差，废气的热交换效率会降低；而
· 18 ·
中。因此本文采用固体热传导的方程计算，传热方程
如下：
(
)
∂μ
∂2 μ ∂2 μ ∂2 μ
=k
+
+
= k ( μ xx + μ yy + μ zz )
压废气流动模拟得出排气歧管的管道流场、应力场和温度场，确定了排气歧管塑性形变集中位置，验证
了排气歧管设计，同时对排气歧管结构性能进行了分析。
关键词：ANSYS；排气歧管；流热固耦合
中图分类号：U464
收稿日期：2023-09-05
DOI：1019999/jcnki1004-0226202312006
· 17 ·
2023 年第 12 期
总第 319 期
较为均匀，流体温度与歧管固体结构壁面温度相近，也
排气歧管的外壁面温度较高，特别是四出二弯道处和二
证明了直接耦合分析歧管的有效性。从速度云图可以
出一弯道处的温度较高，出口处法兰附近的温度较为集
看出，出口处速度较入口速度较快。综合三种云图可以
发动机流固耦合分析
活塞有限元模型
有限元网格用HYPERMESH软件结合CFD软件完成，首先用 HYPERMESH软件完成TOP网格，然后用CFD软件最终完成六面体 网格，网格数大约为14万，节点数约为16万。边界条件用PATRAN软 件处理，最后用ABAQUS来求解温度场和热应力。
边界条件的处理
活塞顶面的边界条件由燃烧计算所得，下图为由燃烧计算结果映 射到有限元网格上而得到的活塞顶面的对流换热系数和温度，其余各 面对流换热系数和温度由经验公式计算而得
有限元模型
风扇护圈原型方案1
风扇护圈原型方案2
风扇护圈改进方案1有限元模型 （在原型方案2基础上焊接点上移）
风扇护圈改进方案2有限元模型 （在改进方案1基础上改变安装板I）
风扇护圈改进方案3有限元模型 （在改进方案1基础上加长护圈宽度）
风扇护圈改进方案4有限元模型 （在改进方案3基础上增加滚筋）
水套计算模型和边界条件
用CFD软件进行水套计算，网格数约为 280万，进口给定流量和温度，出口给定 压力梯度为零的边界条件，其余给定壁面 边界条件，湍流模型采用k－ε模型，壁面 规律采用标准壁面函数。
水套计算网格
排气岐管内流场瞬态计算模型
用CFD软件进行排气岐管内流场计算，网格 数约为30万，进口给定流量和温度，出口 给定压力，其余给定壁面边界条件，进出口 边界条件由AVL BOOST软件得到，湍流模 型采用k－ε模型，壁面规律采用标准壁面函 数。
77.72 90.74 101.92 112.66 152.57 161.32
改进方 案3 21.89 29.58 30.53 39.94 59.05 61.34
73.99 84.23 97.81 104.58 142.24 154.65
排气歧管热负荷仿真与试验研究
气歧 管进行 热 负 荷分 析 时 未 考虑 辐 射 换 热 ， 排 气 而
歧管外侧的隔热罩与歧管之间的辐射换热对排气歧
管 温度场 的影 响很大 ； 同时 ， 排气 歧管 的工作 温度 很 高， 对其进 行 高温应 变测量 的难 度很 大 ， 也没 有人 进 行 过相关 的研 究 ＩＪ ４。本文 中采 用流 固耦 合 的方 法 对 发动 机排气 歧 管 的热 负荷 进 行 了 仿 真分 析 ， 虑 考
Ｃａ ａ ｆ ｏ Ｙｕ ｎ ｕ ，ｒａ ｎｇ Ｚｈｅ ｙ ｎ ｕ ，Ｋｅ Ｙａ ｎ ，Ｚｈａ ｉ ｏ Ｆｅ ，Ｚｈａ ｅｚ ｎｇ ｎｇ Ｗ ｉｈｅ ＆ Ｙａ ｇ Ｈｕ ｉ ａ ｎ ａ ｇ ｎｇ
１ Ｓｈｏ ｏ ｃａ ｉ ｌ ｎ ｉ ｅｎ Ｂｉｎ ｓｔｔｏ ｅｈｏｏｙ Ｂ ｉｎ １０ ８ ； ． ｃｏｌｆＭｅｈ ｎｃ ｇｎ ｒ ｇ， ｅｉｇＩ ｔｕｅ Ｔｃｎｌ ， ｅｉ ａＥ ｅｉ ｊ ｎｉ ｆ ｇ ｊ ｇ ００ １ ２Ａ ｔ ｏ ｉ ｎ ｉ ｅｎ ｔｕｅ ｈ ｎ ＇ ｕ ｍ ｂｅＣ ． Ｌｄ ， ｈｎ ｑ ｇ ０ ０ ． ｕｏ ｂｌＥ ｇｎ ｒ ｇＩ ｉ ｔｏ Ｃ ａｇ ｎＡ ｔｏ ｉ ｏ ， ｔ． Ｃ ｏ ｇｉ ４ １２ ｍ ｅ ｅ ｉ ｎ ｔ ｓ ｆ ａ ｏ ｌ ｎ １
４ １２ ） ０ １０
１ ０８ ； ２ ００ １ ．重庆长安汽车研 究院， 重庆
［ 摘要 ］ 为某发 动机排气歧管建立流 固耦合模 型 ， 以进行热 负荷 仿真分 析 ， 型中考虑 了辐 射换热 和材料 的 模 非线性 ； 同时在 台架上对排气歧管进行 了温度场和应变测量 。仿真与测试结 果表明 ， 气歧管汇合 处的温度最 高 ， 排
CFD在发动机排气歧管设计中的应用
排 气歧管是 发动机排 气系统 中最 重要 的部件之
一 。 传统 的排 气歧 管是采用经 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 来验 证 与选 择 设计 方 案 。 显 然 ， 传 统 的设计 方
法 已经 不 能满足现 代设计 的需求 。 文章应 用计 算流 体
软件平 台 ，
采 用 “s 湍 流 模 型 ，
对排 气歧 管 内部 压 力 和 速 度 的 分 布 情 况 进 行 了模 拟 和 分 析 。
结 果表明 ．
应用 CFD
来研 究排 气 歧 管 和 模 拟 其 内部 流 动 状 况 ， 计 算 效 率 高 ， 容 易 实现 ， c F D 对 优 化 发 动 机 排 气歧 管 的 结 构 设 计 和 改 善
K e y w o r d s ： E n g i n e e x h a u s t m a n i f o l d ；C F D ；M a t h e m a t i c a l d e s c r i p t i o n ；3 D n u m e r i c a I s i m u l a t i o n
o f t h e g a s f Io w
o f e n g in e
e x ha u s t
m
a
n
ifold ，
3D
n u m e r ic a l s im u la t io n
of
e x ha u st
m
a
n
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the
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0f
F LU ENT
出 您 汽车工 程0幕
某柴油机排气歧管的热固耦合分析
（）
Ｊ（‘ ｄ ）
１
图 １ 排 气 歧 管 断 裂 情 况
首先 通 过 Ｃ Ｄ （ 算 流体 动 力 学 ）软 件 ＦＲ Ｆ 计 Ｉ Ｅ计
平 均温 度 ：
一
算排 气歧 管 的 内、外 流场 ，得到 歧管 内外壁 面 的温度 以及对 流 换 热 系数 分布 ，将 结 果 映射 到 Ｆ Ｍ （ 限 Ｅ 有 元法 ）的 网 格上 ，最 后 通 过 Ａｂ ｑ ｓ 件 对 歧 管 总成 ａｕ 软 进 行 热应 力分 析 ，找 出该排 气 歧 管 的刚度 和 强度 的薄
分析。
热 场 的 影 响 ｌ。 １ 】
１ Ｃ Ｄ结果 的平均 ． １ Ｆ
Ｆ Ｍ 计 算 需 要 的热 边 界 是 一 个 稳 态 数 值 ，而 内 Ｅ 流 场 的 Ｃ Ｄ 计 算 则 是 一 个 瞬态 值 ， 因此 必须 首先 将 Ｆ 瞬态 计算 结果 进行 时域平均 ， 能 赋值 于 Ｆ Ｍ 计 算 。 才 Ｅ 平均 换热 系数 ：
某 型柴 油机 在 进 行 ３ ０ｈ热 冲 击 试验 过 程 中 ，其 １ 热固耦合算法介绍 ０ 排气 歧 管 出 口出现 断裂 ，如 图 １ 示 。为探 究 排气 歧 所 热 固耦合 是 指热 力 学与 固体 力学 的交叉 ，主 要研 管 断裂 的 原因与 解 决 的方法 ，对 该 部件 进行 热 固耦 合 究变 形 固体 在热 场 作用 下 的各种 行 为 以及 固体位 形对
Ａ ｂｓ ｒ ｔ ｔ ａｃ ：Ｔｈｅ ｅ ｈａ ｔｍ ａ ｆ ｄ ｏ ｅｒａ ｎ ｄｉｓ ｌｅ ｘ ｕｓ ｎｉｏｌ ｆａｃ ｔ ｉ ｅ ｅ ｎｇｉ ｎｅ ｗａｓｂｒ ｅ ｉ ｔ ｈｅ ｍ ａ —ｈｏ ｋ ｘｐｅ ｉ ｅ ． ｏｋ ｎ ｈｅ ｔ ｒ ｌｓ ｃ ｅ ｒｍ ｎｔ Ｔｈｅｔ ｍ ｐｅ ａ ｕｒ ｅ ｒｔ ｅ ｆｅｌ ｔ ｆ ｌ ｏａｄ ｏ ｒ ｔｎｇ ｃｏ ｉ ｄ ａ ｕｌ ｌ ｐｅ ａ ｉ ｎｄｉｉ ｎｄ ｈｅ ｍ ａ ｓ ｒ ｓ ｄ ｉ ｔｏｎ ａ ｔ ｒ ｌ ｔｅｓ ｕｒｎｇ ｃｏｏｌｎｇ ｐｒ ｅｓ ｓ ｓｍ ｕｌ ｔ ｉ ｏｃ ｓ ｉ ｉ ａ ｅｄ ｂｙ ｉ ｈｅ ｍ ａ — ｕｓｎｇ ｔ ｒ ｌ ｓｒ ｔ ｅ ｃ ｕｐｌｄ ｎａｙｓｓｍ ｅ ｈｏ ｔｕｃ ｕｒ ｏ ｅ ａ ｌ ｉ ｔ ｄ．Ｉ ｓ ｓ ｗ ｅ ｈａ ｈ ｒ ａ ｔｅｓ ｔｍ ａ ｆ ｌ ｏ ｌｔｉ ｙｏ ｅ ｄ ｐｏ ｎ ｔｅｓ ｆｔ ｔｉ ｈｏ ｄ ｔ ｔｔ ｅ ｍ ｌｓｒ ｓａ ｎｉｏｄ ｕｔｅ ｓｂｅ ｎｄ ｙｉｌ ｉ ｔｓｒ ｓ ｏ ｈｅ ｍ ａ ｅ ｉ ｎｄ ｐ ａｓｉ ｅｆ ｍ ａ ｉ ｎ ｉ ｐｅ ｅ ｔ ｒａｌａ ｌ ｔｃ ｄ ｏｒ ｔｏ ｓａｐ ａｒ ｄ．Ｗ ｈｅ ｔ ｅ ｐｅ ａ ｕｒ ｓ ｌ ｎ ｈｅ ｔ ｍ ｒ ｔ ｅ ｉ ｏｗｅ ｈ ｏｏ ｅ ｐｅ ａ ｕｒ ，ｒ ｓｄｕａ ｔｅｓ ｒ ｔ ａｎ ｒ ｍ ｔ ｍ ｒｔ ｅ ｅｉ ｌｓｒ ｓ ａ ｄ ｆ ｒ ａ ｉ ｓ ａ ｐｅ ｅ ｎ ｔ ｏｃ ｌｒ ｇｉ ｈｅ ｍ ａ ｆ ｌ Ａ ｓ ｉ ｓｒ ｐｅ ｔ ｄ，ｉ ｉ ｈ ｈｅ ｍ ａｌｆ ｉ ｅ ｔ ｔｌｄ ｔ ｎ ｄｅ ｏ ｍ ｔｏｎ ｉ ｐ ａｒ ｄ ｏ ｈｅ ｌ ａ ｅ ｏｎ ｏｆｔ ｎｉｏｄ． ｔｉ ｅ ａ ｅ ｔ ｓｔ ｅ ｔ ｒ ａｔｇｕ ｈａ ｅ ｏ ｍ ａ ｆ ｄ’ ｒ ｋｉ ｎｉｏｌ Ｓｂ ｅａ ｎｇ． Ｂａｓ ｄ ｏ ｃａｃ ａｉ ｎ ｅ ｕｌ ｈｅｂ ｏ ｎ ｒ ａ ｏ ｉ ｏ ｅ ｎ ｌｕｌ ｔｏ ｒ ｓ ｔｔ ｒ ｋｅ ｅ ｓ ｎ ｓｆ ｕｎｄ ｏ ｔａｎ ｈ ｐｔｍ ｉ ｄ ｓ ｌ ｔｏ ｉ ｏｒ ａ ｄ． ｕ ｄ ｔ ｅ ｏ ｉ ｚｅ ｏ ｕ ｉ ｎ ｓｐｕｔｆ ｗ ｒ Ｋ ｅ ｏｒ ：Ｅｘｈａｕｓ ａ ｆ ｌ ｙｗ ｄｓ ｔｍ ｎｉｏ ｄ；Ｔｈｅ ｍ ａ － ｔ ｒ ｌ ｓｒｕｃ ｕｒ ｏ ｔ ｅ ｃ ｕｐｌ ｄ；Ｄｉ ｓ ｌｅ ｅ ｅ ｅ ｎｇｉ ｅ ｎ
排气歧管流固耦合仿真与试验
排 气 歧 管 流 固耦 合 仿 真 与试 验
杨 怀 刚 ， ： 刘畅 张卫 正 胡铁 ， 詹 樟 松 ， ，
（ ．重 庆 长安 汽 车 股 份 有 限 公 司 动 力研 究 院 ，重 庆 １ ２ ．北 京 理 工 大 学 机 械 与 车 辆 学 院 ，北 京 ４ １２ ： ０ １０ １０ ８ ） ０ ０ １
摘 要 ： 对 发动 机排 气歧 管 的 断裂 问题 ， 某发 动机 排 气歧 管 的热 负荷进 行 流 固耦合 分 析 ， 针 对 并在 台 架试 验 中测量 其 温度 场和 应 变．考虑 热 辐 射 和材 料 的 非 线 性 ， 立 排 气歧 管 的 内流 场 Ｃ Ｄ模 型 、 建 Ｆ 传热 模 型和有 限元 模 型 ， 分析得 到排 气歧 管 的温度 场 、 力场 和 塑性 应 变云 图等．仿 真 结果 与试 验 应 结果 吻合较 好 ．仿 真 结 果表 明排 气歧 管 ； 合 处 的 温度 最 高 ， 性 应 变最 大位 置 与试 验 测得 的 断裂 ｒ － 塑
ｉ ｎ ｌ ｚ ｄ ｙ ｆｕ ｄ－ｔｕ ｔ ｒ ｃ ｕ ｉ ｇ ａ ａｙ ｉ ， ａ ｄ ｈ ｔｍｐ ｒ ｔ ｒ－ｆｌｄ ａ ｄ ｓｒ ｉ ｉ ａ ｕ ｅ ｂ ｓ ａ ａｙ ｅ ｂ ｉ ｓｒ ｃ ｕ ｅ ｏ ｐｌ ｎ ｌ ｓｓ ｌ ｎ ｎ ｔ ｅ ｅ ｅ ａ ｕ ｅ ｉ ｅ ｎ ｔａｎ ｓ ｍｅ ｓ ｒ ｄ ｙ
２ ｃ ｏ ｌ ｆ ｅ ｈ ｎｃ ｎ ｅ ｉ ｅ Ｂ ｉｎ ｓ ｔｔ ｏ ｅｈ ｏｏ ｙ Ｂ ｉ ｎ ０ ０ １ Ｃ ｉａ ．Ｓ ｈ ｏ ｏ ｃ ａ ｉ ａ ｄ Ｖ ｈｃ ， ｅ ｉ Ｉ ｔｕｅ ｆ ｃ ｎ ｌｇ ， ｅ ｉｇ １０ ８ ． ｈｎ ） Ｍ ｓ ｌ ｊｇｎ ｉ Ｔ ｊ
ＹＡＮＧ ａｇ ｎ Ｈｕ ｉ ａ ｇ。 Ｌ Ｕ ａ ｇ Ｉ Ｃｈ ｎ ，ＺＨＡＮＧ ｅ ｚ ・ ｇ Ｗ ｉｈ ｎ ， ｅ
排气歧管热机耦合强度和密封压力模拟分析
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ：ｅ ｘ ｈ ａ ｕ ｓ ｔ ｍａ ｎ ｉ ｆ ｏ ｌ ｄ；ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｉｅ ｆ ｌ ｄ；ｐ ｌ ａ ｓ ｔ ｉ ｃ ｄ ｅ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ；ｃ ｏ ｎ ｔ ａ ｃ ｔ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ
０ 引 言
轴 力 的衰减及 密封 垫接 触压 力分析 ． 鉴 于分 析 计 算 涉及 到接 触 非 线性 、 材料 温 度 特
性 的非 线性等 ， 仿 真计 算 采 非 线性 专 业 计算 软件
Ａｂ ａ ｑ ｕ ｓ ．
１ 计 算模 型
采用 Ｈ ｙ ｐ ｅ ｒ Ｍｅ ｓ ｈ软 件 进 行 前 处 理 网 格 划 分． 排 气 歧管 、 增 压器 以及 进气 端 锥 采 用 ２阶 四 面体 实 体
低 温与高 温不 断转 换 的循 环热 载 荷 冲击 中 ， 因 此具 有＿ 丁作热 负荷 大 、 热应 力高等 特点 ， 容 易产生 热疲 劳 失效 和断裂 等 问题 ． ＿ １ 排气 歧 管 的 温度 高 低 及 分 布
对 其热 应力 有着 非 常重 要 的影 响 ， 进 而影 响 其 工 作
应力、 塑性 变形 以及 密封压 力． 结果可 以为排 气歧 管结 构设计提 供 参考 ．
关键 词 ：排 气歧 管 ； 温 度场 ；塑性 变形 ；密封 压 力
中 图分类号 ： Ｕ ４ ６ ４ ． １ ３ ４； Ｔ Ｂ １ １ ５ ． １ 文献 标志 码 ： Ｂ
Ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ａ ｎ ａ ｂ ｌ ｙ ｓ ｉ ＂ ｓ ｏ ０ ｎ ｈ Ｉ Ｉ ｅ ａ ｍｅ ｔ ． — ｍｅ ｃ ｈ ｌ ｍｎ ａ ｎ ｉ ｌ ｃ ａ ｌ ｓ ｓ ｔ ｒ ｅ ｎ ｇ ｔ ｍ ｈ
排气歧管热负荷研究
排气歧管热负荷研究唐鹏;付景顺【摘要】由于排气歧管承受着来自发动机气缸内交变的高温载荷,复杂结构会造成局部温度过高,进而会造成排气歧管的局部变形,这样有可能导致排气歧管出现漏气或者开裂的情况.基于上述排气歧管存在的缺陷,文章以某车型1.6L排量发动机四合一结构形式的排气歧管,运用流固耦合理论研究其工作时所承受的高温载荷.在ANYSY Workbench平台中将排气歧管内部流体与其结构进行耦合传热计算,计算得到两种安装约束条件下的结构热应力、热变形的数值分布,并根据计算结果对排气歧管的热疲劳失效进行综合分析,预测了其热疲劳寿命.【期刊名称】《汽车实用技术》【年(卷),期】2017(000)010【总页数】3页(P56-58)【关键词】排气歧管;流固耦合;热负荷;疲劳寿命【作者】唐鹏;付景顺【作者单位】沈阳工业大学,辽宁沈阳 110870;沈阳工业大学,辽宁沈阳 110870【正文语种】中文【中图分类】U463CLC NO.: U463 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)10-56-03 排气歧管作为发动机排气系统的重要零部件之一，歧管本身结构和热力学性能对排气效果有着很大的影响。
行进的汽车常常会使得排气歧管处在一个温度冷热变化的工作环境（温度波动200°c到1000°c），交变高温载荷会使排气歧管产生塑性变形[1]，所以利用流固相耦合的方法对排气歧管进行热负荷模拟计算与疲劳寿命分析预测是很有必要的。
首先利用网格划分软件ANSYS Meshing把排气歧管内部流场网格模型和排气歧管结构网格模型建立出来；接着运用Fluent流体力学分析软件和Steady-State Thermal工具，通过给定的烟气边界条件将排气歧管内部流体与其结构进行耦合传热计算，根据已分析得到的内壁面换热系数、内壁面流体温度,研究排气歧管在不同安装约束条件下的结构热应力分布、热应变分布以及热变形，并对排气歧管热疲劳寿命进行了分析预测。
CFD分析在解决发动机排气歧管热辐射对周围部件影响问题中的应用
CFD分析在解决发动机排气歧管热辐射对周围部件影响问题中的应用刘铁军【摘要】江西昌河汽车有限责任公司在某车研发过程中,设计样车进行热害试验时,发现压缩机后壳、电子风扇壳体表面温度超过限值,影响压缩机、电子风扇的寿命及整车空调性能;分析原因,主要是由于排气歧管组件的热辐射影响;通过CFD对排气歧管热辐射对周边环境温度的模拟分析,以及后期整车试验,得出最优方案,从而有效的降低排气歧管热辐射的控制,减少周边零部件的表面温度.【期刊名称】《南方农机》【年(卷),期】2015(046)012【总页数】4页(P49-51,84)【关键词】热辐射;CFD;排气歧管组件;热害试验【作者】刘铁军【作者单位】江西昌河汽车有限责任公司技术中心,江西景德镇 333002;武汉理工大学,湖北武汉 430000【正文语种】中文【中图分类】S219.031在汽车设计中，发动机排气歧管周围部件温度控制十分重要。
周围零部件的温度控制的好坏，直接关系到该零部件的寿命、性能，甚至会直接影响汽车能否正常行驶。
在传统的汽车设计过程中，由于热辐射没有提前介入到汽车设计过程中，排气歧管周围零部件温度的评估往往采用经验或者是工程估算的方法。
随着计算机技术的发展而兴起的汽车计算流体力学（CFD）具有限制条件少、信息丰富、成本低、周期短等显著特点，可以得到大量目前试验难以获得和解释的信息[1]。
在计算流体力学领域，CFD不是单独的理论分析，而是更接近于试验的研究，且极大地依靠一些较简单的、线性化的、与原问题有关的严格数学分析，以及依靠启发性推理、边试边改的方法和试验所得的经验公式，它来源于实践，服务于工程。
因此，利用CFD技术处理汽车排气歧管周围零部件的温度控制不失为一种有效的方法。
该车热害试验结果，发现压缩机后壳表面和电子风扇壳体表面温度超值过大，不满足设计要求，具体见表1。
在压缩机周围（如图1所示），主要热源为发动机排气歧管组件，由于发动机排气歧管组件与压缩机非接触，可排除导热和对流换热对压缩机影响，因此，本文主要对热辐射进行探讨。
基于CFD的某汽油机排气歧管仿真分析
基于CFD的某汽油机排气歧管仿真分析摘要：小型汽油机的排气歧管通常会直接连接三元催化器等后处理装置，排气歧管出口处气流分布的均匀性会影响后处理装置的利用效率，进而影响后处理的效果。
本文利用CFD方法对某汽油机排气歧管中的内流场进行了模拟分析，重点考虑了歧管出口表面的气流分布均匀性，对产品开发有一定的指导意义。
关键词：排气歧管；均匀性；CFD引言随着环境污染的日趋严重，尤其机动车排放是环境污染的一个重要原因，各国都对汽车排放提出了日益严格的要求。
汽油机排放污染物中主要有HC和CO等，为了降低汽油机排放污染物水平，目前主流汽车厂家和后处理供应商均选用TWC(三元催化器)技术。
TWC是多孔结构，在载体表面涂覆催化物质。
为了降低汽油机的排放，在催化器体积一定的前提下，主要是通过提高三元催化器的转化效率和寿命的措施来达到目标。
在排气系统设计过程中，需要重点关注4个方面的指标。
首先是气体在载体内部的流动均匀性，其次是气体在载体内部的速度中心率。
这两个指标直接影响催化剂的催化效率和寿命。
如果气流在载体内部分布不均匀、中心率差，会导致催化效率低，气流速度高的区域由于排温高易老化，气流速度低的区域催化效率低。
第3个是氧传感器位置，如果氧传感器位置不好，就不能准确检测排气中氧气的含量，其传回ECU的数据就不准，会导致燃烧恶化，排放增加。
第4个是排气系统压力降。
为了提高发动机的性能，需要将排气背压设计得尽可能地小，因此需要对排气系统管路优化。
1模型建立与分析方法1.1CFD模型及网格划分三种方案的后处理系统模型如下图1所示。
由于催化器需采用多孔介质模型模拟，因此使用FIRE软件的Aftertreatment模块划分体网格。
前后主体管路的网格用FIREM软件进行网格划分六面体网格。
三种方案整个模型体网格如图2所示。
考虑到壁面附近的边界层影响，在壁面上生成两层边界层网格。
图1三种方案的数模模型图2三种方案的体网格图1.2边界条件本次分析计算为稳态分析，其中进出口设定为：入口流量473.5kg/h，温度790°C；出口边界条件：静压1bar。
26-发动机排气歧管热应力分析(2011)
热疲劳裂纹及漏气等问题会影响发动机工作的可靠性及发动机的排放性能 。目前，随着发 动机性能的不断提高，排气歧管承受的热载荷也随之不断增大，为满足发动机的工作要求， 必将增加排气歧管在设计上的难度，因而对排气歧管进行温度场和热应力的计算分析显得尤 为重要。通过计算分析可以预测排气歧管工作过程中可能出现的问题，并以此为依据对其结 构进行改良，以便设计出与发动机相匹配的排气歧管。本文以某汽油机排气歧管为研究对象，
=
0
（1）
式中，kx，ky，kz为沿 x，y，z方向的热传导系数。
本文采用第三类热边界条件计算排气歧管的温度场，第三类热边界条件可表示为：
kX
∂T ∂x
nX
+
Ky
∂T ∂y
ny
+
KZ
∂T ∂z
nz
=
h(tW
−
tf
)
（2）
式中，kx，ky，kz为沿 x，y，z方向的热传导系数，nx，ny，nz为边界法线的方向余弦， h为物体与周围介质的对流换热系数，tw为环境温度。
[4]
流量入口，按照 1-3-4-2的排气顺序给定质量流量和温度；出口给静压 。
2011 年 CDAJ－China 中国用户论文集
内流场瞬态计算的前 3个循环收敛，在第 4个循环开始时开启计算结果时间平均功能， 4个工作循环全部结束后输出时间平均得到的内流场近壁面的对流换热系数和温度。
得到排气歧管内壁面热边界条件后，直接利用 STAR-CCM+软件对排气歧管进行温度场 及热应力计算，其内外壁面都采用第三类边界条件，内壁面热边界条件直接由瞬态内流场进
4.2排气歧管温度场计算结果
图 6 为排气歧管温度分布图，将排气歧管与气缸盖相连的法兰称为前法兰，和废气后处 理器相连的法兰称为后法兰，4个排气支管从左到右依次称为支管 1，支管 2，支管 3，支管 4。排气歧管温度场的分布趋势几乎也是左右对称的，前法兰的中间区域较高，两端区域较 低，4根排气支管的温度非常高，最高温度出现在支管 1 与支管 2 的交汇处以及支管 3 与支 管 4 的交汇处，达到 969K。
基于CFD模拟计算的排气歧管及催化器总成设计
随 着汽 １ 排 放标 准 的提 高 ， 求 催 化刺 发 动机 ｉ ｌ Ｉ Ｉ 一 ￣ 一 ： 、 提升 排放 性能 。 排 气歧管 及 催化器 总 成就 足把排
主 步骤 如下 排 Ｉ Ｉ 的 离 尽可 能 的缩 短 ，从 提 高催 化剂 的起 燃 成结 构进 行 没计 ， 增加『 Ｉ １ Ｉ 俞密封面 ， 防 止催化 器潲 气… ； ２ ） 确 定 催 化 歧 管 和催 化器 相结 合 ，从而最 大 程度 上缩 了催 化 化 ， 排放 问题 做 广泛 应刚 的一项技 术 排 气 歧 符 及脒 化器 Ｋ度 及锥 度 能起 到很 的导 流件 川 ，增
参数 ， 通过 对载体 前端 面气流均 匀系数 、 压力损 失及氧传感 器处的气流流速 ３项参数计算结果分析 ， 选取蚌 壳式歧管摧化
器， 该催 化 器总成 满 足 发动 机 性 能和排 放 设 计 的要 求 为今 后排 气歧 管 及催 化 器总成 的设 计提 供 了有 效的 参考 作 用
关键词 ： 汽油机 ； 排气歧管及催化器 总成 ； ＣＦ Ｄ分析 Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ Ｅｘ ｈａ ｕｓ ｔ Ｍａ ｎｉ ｆ ｏ ｌ ｄ ａ ｎｄ Ｃａ ｔ ａ ｌ ｙ ｔ ｉ ｃ Ｃｏ ｎｖ ｅ ｒ ｔ ｅ ｒ Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ＣＦＤ
汽 车 王 程！
Ｆ Ｏ Ｃ Ｕ Ｓ 技术聚焦
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摘 要 ：为 了满足 汽 油 机 的动 力性 、 经 济性及 排 放要 求 ， 需要 对排 气歧 管 及催 化 器总成 零件进 ４ ｉ － ＇ ｆ对性 的设 计 该 文 对 某发 动
大功率柴油机冷却水系统的CFD-热场联机计算分析
A Fast Coupled CFD-Thermal Analysis of a Heary DutyDiesel Engine Warter Cooling System大功率柴油机冷却水系统的CFD-热场联机计算分析Mazdak Jafarabadi Hamidreza Chamani Iran Heavy Diesel Engine Mfg Co. Iran Heavy Diesel Engine Mfg Co. (DESA),Tehran,Iran (DESA),Tehran, IranAmir MalakizadiIran Heavy Diesel Engine Mfg Co.(DESA),Tehran, IranSeyed Ali JazayeriDepartment of Automotive engineering,Faculty of mechanical engineering,K. N. Toosi University of Technology,Tehran, Iran摘要近来，在设计一个新的内燃机的时候，在追求一个比较好的热效率的同时，有效地冷却系统也变得至关重要。
这使得对冷却水系统精确的热场模拟越来越受到人们的重视。
在此文章中。
使用CFD和FEA软件对一个12缸的中速柴油机的冷却水系统进行了模拟。
具体采用的是Ansys CFX商业软件。
首先，先对整个冷却水腔模型进行适当的网格划分，并经过一定时间的计算，得到比较精确的结果。
在这一步中，选出壁面温度较高和冷却水的流量最小的那一个气缸，对此气缸进行更好质量的网格划分，然后加载进出口边界条件，进行更细致的热场分析。
在这一步中，使用BDL模型，对沸腾模型中的冷核的传热进行了计算，得到了对流换热过程的总热量。
为了得到精确的温度场分析，通过把CFD和FEA联机进行计算，得到精确的壁面温度和热流。
对结果进行分析，我们可以看到，在气缸的鼻梁区（排气管附近），冷却水速度比较小，出现了温度较高的区域。
发动机排气歧管流固耦合热特性分析
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201 7 年 第 4 6 卷
机械设计与制造工程
质与固体介 序 计算同时 数据直接调 过程顺序 件， ，
用， 需要采用流固 。直 ， 不需要
的方法 ， 即直 固体
通过CFD
到的排 型
内流场的 计算。
析 。A N S Y S 软 件 中 有 两 种
数据， 需要传递到固体 的控制方程为：
收稿日 期 =2017
1
理论分析 排气歧管内部是高温废气流动形成的热流场，
而固体壁面在流场载荷作用下会产生变形， 流体介
基金项 目 ：国家自然科学基金资助项目（ 51375170); 广州市科技计划项目（ 201707020 0 4 5 ); 工业产品环境实验室国家重点实验室开放基金 作者简 介 : 郑习娇（ 1993— ） ， 女， 山东日照人， 华南理工大学硕士研究生， 主要研究方向为汽车热管理。 项目
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需要流体 模 型 和 固 体 模 型 两个 fluid dynamics) 分 析 到 的 固体域的 。与直 流体分析 在流体分析 ， 提高计算 计算排 ， 误 差 在 5 h 以 内 。排 程图如图1 所示。 。 ， 并 固体域的 比， 顺序
流体计算和固体 ， 将流体计算得到的温 计算模型， 分析 边界条 据固体 以不在热 计算结 的 结 析流 试验验证 的流固 ， 而以用较少的网 析
构 分 析 所 需 节 点 上 。顺序 ， 将 C F D ( computational ，
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发动机排气门热-机械耦合应力数值分析
ｆ ｉ ｎＴ ｃ ｎ ａ Ｉｓｔｔ， ｈ ａ ４ ００ Ｃ ｉａ Ｓ ｙ ｅｈ ｉ ｌｎｔｕｅ Ｓ ｉ ｎ４ ２ ０ ， ｈ ） ｈａ ｃ ｉ ｙ ｎ
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｒｎ ｉｎ ｅｍａ ｏ ｐ ｉｇ ｍｏ ｅ ｆ ｅ ｔｉ ｔｒ ａ ｏ ｕ ｔ ｎ ｅ ｇｎ ｘ ａ ｓ ｖ ｌｅ ｔ ｉ ｓｂ ｉ ， ｒ ｎ ｉ ｎ ｔ ｓ — ｓｒ ｃ ：Ａ ｔ ｓｅ ｔ ｈ ｒ ｌ ｕ ｌ ｄ ｌ ｒ ｎ ｉ ｅ ｎ ｌ ｍｂ ｓｉ ｎ ｉｅ ｅ ｈ ｕ ｔ ａｖ ａｎ ｗａ ｕ ｌ ｔａ ｓｅ ｔ ｒ ｓ ａ ｔ ｃ ｎ ｏｃ ａ ｎ ｃ ｏ ｒ ｔ ｓｅ
２１ ０ ０年第 ４期 （ 总第 ２５ ） ２期
农 业装 备与车 辆工程
Ａ ＲＣ Ｌ Ｕ Ａ Ｑ ＩＭＥ Ｔ＆Ｖ ＨＩＬ Ｎ Ｉ Ｅ ＲＮ Ｇ Ｉ Ｕ Ｔ Ｒ ＬＥ ＵＰ Ｎ Ｅ Ｃ ＥＥ Ｇ Ｎ Ｅ Ｉ Ｇ
Ｎｏ４ ０１ ． ２ ０
（ｏ￣ｌ ２ ５ Ｔｔ ｙ ２）
ｄ ｉ１ ． ６ ／．ｓ． ７ — １２２ １ ． ．１ ｏ ：０３ ９ｊｓ １ ３ ３ ４ ．０００ ０ ０ ９ ｉｎ ６ ４
引 言
气 门是 内燃 机 的主要 零部 件之一 ．它既是 内
了用户的利益 ，也给制造厂商带来经济和信誉上 的极大 损失 【］ ｌ。 － ３ 热负荷和机械负荷是作用在气门上两种不同 的负荷 ， 都会影响气 门工作的可靠性和耐久性。 为
中图分 类码 ： Ａ 文章 编 号 ：６ ３ ３４ （０ ００ — ０４ ０ １７ — ２２ １）３ ０ ３ — ４ １
Ｎｕ ｒ ａ Ａ ａｙｉ ｏ ｈ ｒ ｌＭ ｅｈ ｎｃ ｌ ｏ ｐｅ ｔｅｓ ｆ ｎ ｉｅ ｘ ａ ｓ ａｖ ｍｅｉ ｌ ｎ ｌｓ ｆ ｅｍａ－ ｃ ａ ｉａ ｃ ｓ Ｔ －Ｃ ｕ ｌｄＳｒｓ ｇｎ ｈ ｕ ｔ ｌｅ ｏＥ Ｅ Ｖ
基于cfd的汽车排气歧管热流分析
0引言排气歧管连接发动机，高温高速的废气经排气气门流出，进入排气歧管。
废气流动受排气歧管结构的影响，排气歧管局部出现温度过高的情况，导致排气歧管破裂，大大降低排气歧管排气效果。
通过对排气歧管内部流体进行温度与速度仿真分析，确定温度过高的区域，并提出优化方向及建议。
排气歧管内的气体运动复杂，其内部结构限制着气体运动方向，从而影响气体运动规律。
为达到排气歧管内部结构优化与设计优化的目的，需要掌握内部气体运动规律与温度分布情况。
运用Fluent软件进行仿真分析，得到更直观的仿真结果数据，能节省大量材料和人力成本。
在国内，宋春晖[1]对排气歧管进行流固耦合仿真分析，并开展结构优化；江苏大学董非等[2]对排气歧管进行瞬态热流场仿真，对模拟结果进行总结分析，研究了排气歧管容易出现的位置；李红庆[3]利用ANSYS仿真软件分析了排气歧管热应力分布和温度分布规律，研究了排气歧管的应力集中区域和最高温度区域特性；郑美茹[4]对排气歧管支管进行单独流场分析，对结果进行分析，研究如何优化结构。
在国外，Qin Yin Fan和Masayuki[5]运用CFD技术进行流固耦合分析，求解温度场和流场，提出三种方法研究最佳的耦合解。
杨超[6]研究排气歧管工作条件，在不同的工作条件下，仿真排气歧管受到的热负荷、振动负荷。
发动机转速较大的工况下，设定出四个进口同时进气的假想工况，得到最极限的工况，提高排气歧管可靠性设计。
运用ICEM进行全结构化网格划分，是国内外较少采用的分析方法，能有效提高CFD分析效率。
本文采用CFD软件中的ICEM模块进行结构化网格划分，运用流固耦合仿真方法分析排气歧管内部温度场与速度场，根据分析结果图对排气歧管结构进行评估，并提出优化建议。
1排气歧管流场的数学模型1.1流固耦合理论和计算方法本文所研究问题存在热量交换过程，可认为是耦合传热问题[7]，而排气歧管内部流体分析又涉及固体壁面与气体废气间的相互作用，所以可进一步认定为流固耦合热传递问题[8]。
汽车排气系统传热与热负荷研究
汽车排气系统传热与热负荷研究袁守利;谢亮;刘志恩【摘要】Thermal performance of a developing exhaust system was evaluated. The CFD and FEA methods were used to complete two design schemes of heat transfer and thermal load. The fluid thermal boundary conditions calculated by CFD software was combined with FEA method to obtain the surface temperature and thermal stress distribution of exhaust system's shell. The shell research results were verified by testing;it provides theoretical basis and new ideas for the exhaust system design.%对某款正在开发的汽车排气系统进行热性能评估,应用CFD和FEA方法完成两种设计方案的传热与热负荷研究.借助CFD软件计算获得的流体热边界条件,采用FEA方法获得了排气系统壳体表面的温度分布和热应力分布,试验测试结果表明了该研究方法的有效性,为最终设计方案的确定提供了依据,并为排气系统设计提供了新的思路.【期刊名称】《武汉理工大学学报（信息与管理工程版）》【年(卷),期】2011(033)003【总页数】5页(P407-410,459)【关键词】排气系统;有限元模型;温度场;热应力【作者】袁守利;谢亮;刘志恩【作者单位】武汉理工大学,汽车工程学院,湖北武汉,430070;武汉理工大学,汽车工程学院,湖北武汉,430070;武汉理工大学,汽车工程学院,湖北武汉,430070【正文语种】中文【中图分类】TK122为降低排气噪声，越来越多结构复杂的消声器被广泛使用［1］。
220_某三缸卧式发动机紧耦合排气歧管CFD分析_奇瑞刘小生
某三缸卧式发动机紧耦合排气歧管CFD分析刘小生（奇瑞汽车股份有限公司，安徽芜湖 241009）摘要：本文通过对CFD模拟求解控制方程组的理解，并利用AVL-FIRE软件对某三缸卧式发动机紧耦合排气歧管进行CFD分析。
关键词：发动机、紧耦合、排气歧管、CFD1．前言合理设计排气歧管以期排气顺畅，降低排气系统阻力，使气缸内的残余废气压力下降，这样不仅减小了残余废气系数，提高充量系数，而且可以减小泵气损失，提高发动机的热效率。
CAD绘图软件、CAE分析软件的合理利用，使发动机零部件的开发周期更短，开发费用更低，发动机的性能更加优异。
2．计算方法及计算模型2.1 计算方法目前工程上应用最多的算法是SIMPLE算法，即Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equations，该方法属于压力修正方法的一种，它的核心是采用“猜测-修正”的过程，在交错网格的基础上来计算压力场，从而达到求解动量方程（N-S方程）的目的。
如何获得压力修正值，以及如何根据压力修正值确定“正确”的速度，是SIMPLE算法的两个关键问题。
2.2 计算模型排气歧管三维稳态计算，主要分析的是排气歧管内的速度场及压力场，计算模型通常采用k-e模型或k-zate-f模型，最终体现的是对动量方程的求解。
对CFD模拟求解方程组的理解总结如下图1。
图1 模拟求解方程组简括3．CFD仿真计算3.1 排气歧管结构对三缸基础排气歧管及催化器总成、三缸紧耦合排气歧管总成进行稳态分析，得到两排气歧管流域内流速、压力分布，并通过计算载体均匀性系数、压损等来评价两种排气歧管的优劣。
下图分别为基础排气歧管、紧耦合排气歧管内模型。
基础排气歧管紧耦合排气歧管图2 排气歧管结构3.2 边界条件及模型3.2.1 主要设置：稳态计算：进口流量0.05Kg/s，初始温度900℃，出口静压，壁面对流换热催化剂载体多孔介质设定①依据实际尺寸设定多孔介质（Porous）网格大小：3mm②设定多孔介质方向③设定载体单元孔密度：600/4.3④设定载体壁面厚度⑤设定压降计算公式等注：每个方案每次计算只给定一个进口，共计算四次。
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歧管有限元模 型，使用有限元分析软件 Ａ Ａ Ｕ Ｂ Ｑ Ｓ计算 了热应 力， 最后采用疲劳分析软件 ＭＳ ．Ａ ＩＵ ＣＦ ＴＧ Ｅ进行了疲劳分析 。
１ 计 算过 程
首先使用 Ａ ＬＢ Ｏ Ｔ软件 ， Ｖ Ｏ Ｓ 计算出排气歧管 内流场的进
出 口边 界条件 ， 然后使用 Ａ Ｌ ＦＲ Ｖ － ＩＥ软件 ， 算排 气歧 管瞬态 计 内流场（ 曲轴转角 ０ ｏ～７ ０ ， ２ｏ）得到排气歧管内壁面瞬态ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ边
被 广 泛 采用 。
’ 图 １ 排气歧管 内流场计算网格
本文以某汽油机排气歧管为研究对象 ， 使用流固耦合方法 ，
计算了排气歧管温度场。再以此为边界条件 ， 通过建立 的排气
３ 内流场 ＣＦ Ｄ计 算 结果
图 ２和 图 ３为 曲轴转角 ７ ０ 范 围内 ， ２。 进行时 间平 均得 到 的排气歧管 内壁面的平 均对 流换热 系数 和温度 。
Ｅ ｕ ｐ ｎ Ｍａ ｕ ａ ｔ ｎ ｅ ｈ ｏｏ ｙ Ｎｏ１ ２ １ ｑ ｉ ｍｅ ｔ ｎ ｆ ｃｒ ｇＴ ｃ ｎ ｌｇ ．０， ０ ０ ｉ
ＣＦＤ
—
Ｆ Ａ耦合计算分析发动机排气歧管热负荷 Ｅ
杨 晓 ， 郭 涛
（ 上汽通用五菱汽车股份有限公司 技术 中心 ， 广西 柳 州 ５５ ０ ） ４ ０ ７
气， 使内燃机无法正常工作。 因此对发动机排气歧 管热负荷 的 分析研究是至关重要 的。 在 国内， 对发动机其他 主要受热零件 如气 缸盖 ， 活塞等 ，
模型。排气歧管 内流场计算的边 界条件： 工况为发 动机额定工
况， 曲轴转角为 ０ ７ ０ 。要准确确定排气歧管 内流场进 出 。～ ２ 。
摘 要： 为了在开发设计过程 申 预测排 气歧管的热 负 ， 荷 栗用了计算流体力学一 有限元分析耦 合计算分析 方法。首先用计算流体力学 （ Ｆ 软件计算了排 气歧 管的瞬态 内流场， Ｃ Ｄ） 得到 了排 气歧管 内壁面的热边界 条件； 再以此为边界务件 ， 用有 限元软件 计算 了排 气歧 使 管的温度场， 并以此 温度场为边界条件 ， 算了其热应力 ； 计 最后进 行疲劳分析 ， 得到安全 系 为 １ １ 可以进行 工程 开发。 数 ． ， ７
关 键 词 ： 动 机 ； 气歧 管 ； Ｄ ； Ｅ ； 负荷 发 排 ＣＦ ＦＡ 热 中图 分 类号 ： ４ ４ ０ ６ 文 献标 识 码 ： Ａ 文章 编 号 ： ７ — ４ Ｘ ２ １ １ － ０ ２ ０ ３ ２ ５ ５ （ ０ ０ ４ － ２ ６ ０）０
排气歧管是发动机的主要受热 零件 ，其 与高温燃气直接 接触 ， 温度较高 ， 工作环境恶劣。特别是 由于高温 和温度分布
口边界条件 ， 需要对特定机型及工况进行模拟 ， 本文采用 Ａ Ｌ Ｖ Ｂ Ｏ Ｔ软件模拟 了缸 内工作过 程 ，由此得到在不 同曲轴转角 ＯＳ
许多学者进行了较多研究 ， 大多采用反算法 ： 首先实测若干关 键点的温度 ， 然后反复调整热边界条件 ， 使关键点 的计算值和 实测值符合。 反算法是建立在相应温度测量 的基础上的 ， 因而
温燃气加 热后 向外膨胀 ， 而外表 面温度 较低膨胀小 的多 ； 内外
ｙ， ｚ分别为坐标 系的 ３个方 向；
，
，
为材料各方 向导热系数 ；
ｒ为温度 ； ｐ为材料 密度 ； Ｑ为内部热 源密度 ； ｃ 为材料 比热 ；
ｔ 时间。 为
壁面相互 约束 ， 能 自由膨胀 ， 而产生热应力 。 内壁面受 到 不 从 外侧壁 面的挤压 ， 产生压应 力 ， 将 排气 歧管外 表 面受 拉扩 大 ， 将产生拉应力 。综合作用下 ， 排气歧管 内表 面大部分 区域 ， 主
作者 简介： 杨
晓（ ９ ９ ＿， ， １６＿ １ 广西玉林人 ， ＿ 男 高级工程师， 汽通用五菱发动机总工程师 ， 上 从事发动机 的设计与研发工作 。
４ ２
《 装备制 造 技术 ）００年第 ｌ ） １ ２ Ｏ期
异， 由于不 同程度 的热膨 胀 ， 而产 生 了热应力 。为 了分析热负 荷对排气歧管热 应力 的影响 ，本文计算 了排气歧管在 只有温
不均匀而产生 的热应力的反复作用 ， 往往形成热疲劳裂纹 ， 造
２ 排气歧管内流场 Ｇ Ｄ软件计算模型 Ｆ
用 Ａ Ｌ ＦＲ Ｖ － ＩＥ软件计算排 气歧 管的内流场。内流场计算
采用瞬态模式 ， 面区采取标准壁 面函数 ， 壁 湍流模型选用 ｋ ｅ －
成其破坏 。如果排气歧管受热时引起 的变形过大 ，会造成漏
就只能对 已有的发动机进 行改进 ，而不能在设计 阶段对新的 设计进行指导。 因为需要 实测实验结果作为边界条件 ， 且 其计
时排气歧管人 口的流量和温度。 出口给静压 ， 为壁 面边界 其余
条件。
算周期和成本较高。而流固耦合法并不依赖于温度场实测结 果， 就可 以得到相对精 确的温度场。 且热边界条件是通过 Ｃ Ｄ Ｆ 模拟出来的 ，更接近传热 问题 的实质 ，更有助于分析问题本 质 。目前此方法在国内还处在应用发展 阶段 ， 许多学者都做出 了有益的探索。国际上 ， 在排气歧管计算分析中流固耦合方法
界条件 ， 再用时间平均方法， 计算出内壁面热边界条件的平均
值 ，外壁 面及法兰端 面的热边界条件采用经验值 ；随后利用 Ｆ Ａ软件 Ａ Ａ Ｕ Ｅ Ｂ Ｑ Ｓ计算排气歧管 的温度场分布 ， 并计算其热
应力 ， 最后 进行疲劳分析。
收 稿 日期 ：０ ０ ０ — ２ ２ １－ ７ ０
圈 ２ 排气歧管内壁面对流 换热系数分布云图
度场作用下 的热应力 。图 ５为排气歧管有 限元计算 网格 。
图 ３ 排气 歧管内壁面温度分布云图
４ 温 度 场计 算
一
般三维温度场 微分方程如下 ：
图 ５ 排气歧管有限元计算 网格
毒 罟） 等） 罟）Ｑ 誓 （ ＋ 毒 ＋ ＋＝ ｐ １ ）
式中，
，
图 ６为排 气歧 管最大主应力分 布图 。因为排气歧 管 内表 面直 接和高温燃气接触 ， 能直接受 到高温燃气直接加热 ， 温度 较高 。外表 面有冷却空气 的冷却 ， 温度相对较低 。内表 面受高