汽车发动机进气道流场三维数值解析与优化

为了改进EQ4BTAA增压空空中冷柴油机性能,对发动机的高涡流进气道内流场进行了三维数值模拟,得到了不同气门升程下详细的流场结构。气道性能评价参数(流量系数和气流转矩)的计算结果与稳流试验台的试验结果吻合较好。通过流场分析,找到了气道不合理的部位,并应用CAD/CAM/CFD集成的方法对气道进行了优化。优化后气道流量提高了14%,涡流比降低了12%,改进的气道与发动机匹配后,该柴油机的排放已达欧 标准。     

柴油机螺旋气道结构对气道性能的影响研究

以186FA柴油机螺旋气道为研究对象,基于CFD技术研究气道螺旋室高度和螺旋坡角对气道性能的影响,考察气道流量系数、涡流比及湍动能分布的变化规律。结果表明:整体流量系数没有明显变化;与原模型相比,当螺旋室高度为30 mm和螺旋坡角为75°时,平均涡流比分别增大2.2%和3.2%,且截面湍动能均减小,对应的气道性能整体较好,为186 FA螺旋气道性能的改进提供了参考。     

偏心倒角对双切向进气道进气性能的影响

针对近年来柴油机中广泛采用的双切向进气道布置形式,自行设计、制作了实验用气道芯盒,利用气道稳流实验台研究了气门座圈底孔偏心倒角结构对气道流量系数和涡流比的影响.实验结果表明:偏心倒角对流量系数基本无影响;当标准化气门升程小于0.184,6时,偏心倒角可以大大提高涡流比,且带偏心倒角的各方案间涡流比也存在显著差异;而当标准化气门升程超过0.184,6时,各方案的涡流比变化曲线几乎重合.选取2,mm、9,mm分别代表小、大气门升程,结合CFD技术对气道-气门-缸筒模型进行了三维数值模拟研究.模拟结果显示2,mm升程时,与无偏心倒角方案缸内出现两个反向涡结构相比,偏心倒角可以避免气流间的撞击干涉,使气流在缸内形成同一方向的涡流;而9,mm升程时,有、无偏心倒角方案均在缸内形成了单一的涡结构,二者无显著差异,从而从机理上解释了实验结果.     

柴油机气道进气流动特性及进气门杆形状对其影响分析

建立某RD190柴油机螺旋进气道稳态CFD模拟计算模型,对其流动特性进行研究,分析得到了气道流量系数和涡流比、柴油机的外特性结果,并采用CFD模拟分析了进气门杆形状对进气流动的影响.研究结果表明:随着截面比的增加,平均流量系数和平均涡流比均为先增大后减小,当截面比在0.28~0.30时,进气道平均流量系数相对原方案值变化不大,而平均涡流比最大增加了9.98%.     

双进气道柴油机可调涡流进气道匹配规律

研究双进气道柴油机进气道的涡流比和流量系数对进气涡流调节规律的影响.在稳流气道实验台上,对两种典型的双进气道柴油机的切向气道、螺旋气道的进气流动特性和进气涡流调节特性进行试验,采用横挡板遮挡切向气道入口方式调节进气涡流.试验结果表明,在一定范围内,涡流比和流量系数之间存在线性折中关系.通过数学公式的推导和分析可知:在对柴油机的两个进气道进行匹配时,如果要拥有良好的进气涡流可调性,被调进气道流量系数应取较大值,涡流比应取较小值,不调节进气道的涡流比应取较大值.     

4105柴油机四气门缸盖切向进气道的试验研究

在进气道稳流试验台上对2种方案的切向进气道和ZH1105W柴油机进气道进行稳流试验研究,通过试验所获得的无量纲涡流数和流量系数来评价不同气道流通特性的优劣,以确定最终的气道布置方案．实验表明,对比选择后的4105柴油机切向进气道与改进后的ZH1105W柴油机螺旋进气道相比,在保证缸内涡流强度基本不变的情况下,进气道的流量系数明显高于ZH1105W柴油机的螺旋进气道,流量增幅高达35％．     

四气门柴油机进气道流通特性的研究

每缸采用四气门的发动机能进一步降低排放,提高发动机的动力性和经济性本文介绍了直喷式柴油机的四气门进气系统,分析了该系统在充气效率和燃烧方面的特点文中作者进行了螺旋气道与不同流通面积的切向气道的组合试验讨论了四气门进气系统进气道的流通特性及进气道不同进口流通面积对进气流量和涡流动量的影响研究结果表明采用四气门进气系统,进气流通面积增加３９％;另外,切向气道和螺旋气道的进气流量直接影响着缸内涡流的形成,最佳的涡流效果和切向气道与螺旋气道的流量之比密切相关本文为四气门高速直喷式柴油机的进气系统设计提供了依据     

四气门柴油机进气道布置的试验研究

为获得具有优良的流通特性和涡流特性的四气门柴油机进气道系统，在稳流气道试验台上，研究了进气道的布置对四气门柴油机进气道流动特性的影响，结果表明，气道布置角度的变化对流量系数影响不大，但对涡流比有较大影响，切向，螺旋气道由置角度的变化对组合涡流的影响，分别表现在小升程范围和中，大升程范围，前者比后者有更大的影响，组合气道涡流较单独气道开启时有较大降低，螺旋气道的涡流降低幅度远大于切向气道。     

切向/螺旋进气道稳流实验与数值仿真

为了研究内燃机进气道及缸内的流动规律,并验证数值仿真在内燃机中流动的可行性,对典型的内燃机切向/螺旋组合进气系统的三维流场进行了稳流实验,并用商业软件Fluent数值仿真了实验条件下进气道及缸内流场.由文中给出的算法计算的涡流比及流量系数与实验结果具有较好的一致性.通过仿真流场分析发现,随着气流逐渐远离气缸盖,垂直于气缸轴向的截面上速度分布越规整,越易形成单一方向的旋涡.研究结果表明,数值仿真可以较准确地得到直观的进气道和缸内流场,补充了稳流实验.     

柴油机气道Pro/E建模及CFD数值模拟分析的研究

利用CFD数值模拟技术探求柴油机螺旋气道几何形状对气体流动状况的影响规律,对所设计的气道进行预测.通过Pro/E构建气道流体实体模型,利用通用的几何标准将模型导入到有限元分析软件ANSYS中进行分析,得到气道内、气道出口的速度分布、紊流动能分布等结果,采用动量矩流率对涡流水平进行评定,并对气道进行改进.     

风沙条件下颗粒对翼型流动分离的影响

运用延迟脱体涡模拟(delayed detached eddy simulation,DDES)技术对NREL S809三维翼型在洁净空气环境中和在不同直径颗粒环境下进行了数值模拟,由此预测了风沙环境下颗粒对翼型绕流分离的影响.研究结果表明:当攻角为8°时,DDES捕捉到了翼型吸力面的涡脱落现象,并且颗粒的加入显著地改变了翼型吸力面的涡脱规律,使得尾涡范围扩大、耗散更快,然而随着颗粒直径的增大,尾涡也逐渐恢复到接近洁净空气时的状态;当攻角较小(6°)时,翼型表面没有发生流动分离,颗粒的加入对流场的影响很小;当攻角较大(12°)时,颗粒对翼型绕流的影响也很小;不同攻角下颗粒对翼型升力系数有不同程度的影响.分析不同攻角下颗粒对翼型表面流动分离的影响规律表明:S809翼型绕流情况受颗粒影响最严重的攻角在7°~10°.     

压差对含裂缝硐室氡运移影响的数值模拟研究

为研究地下硐室存在裂缝下的氡运移规律,依据某人防工程的构造和物理几何尺寸,建立了适合裂缝网络渗流特性的数学模型和氡运移方程,采用计算流体力学方法,研究了不同室内外压差条件下含裂缝硐室内氡的运移规律。结果表明:分形裂缝网络的渗流模型来表征墙体裂缝的渗流特性具有可行性;随压差从5 Pa增至30 Pa,压差抑制了氡从裂缝中扩散到室内的运移,裂缝处流出的氡质量流量总减少76.5%;压差对排氡起促进作用,从排风口处流出的质量流量总增加了186.2%。硐室在滤毒通风状况下,压差为20 Pa时排氡效率最高,最有利于室内氡的控制。压差的增大可等效为换气次数的增加,顶送下回的送风方式容易造成靠近送风口处氡的堆积且在室内易产生涡流。     

孔板通气气液两相流动特性研究

采用实验与数值模拟相结合的方法研究了孔板通气气液两相流动特性和气层形成机理.应用高速录像观察了通气气液两相流流动形态,采用Level Set方法和RNG k-ε湍流模型对通气平板流场进行了数值计算.结果表明气层覆盖区域压力是判定气层形成的重要参数:泡间高压消失表明当地的气泡开始形成气层,当气层基本形成时,壁面压力趋于一致.旋涡结构在气层形成不同阶段具有明显的特征,在气层初始形成位置前后,肾形涡由于气泡接触相互作用而逐渐消失;在气层完全形成位置前后,旋涡结构重新生成.随着孔间距的增加,气层形成位置由于横向距离增加而向下游移动,但相互作用区域变化不大.      

电磁力控制圆柱体三维绕流场的脱体涡模拟

利用Maxwell方程组直接数值计算表面包覆电极与磁极圆柱体产生的电磁力分布,将其加入到动量方程中,采用脱体涡模拟(DES)方法,在雷诺数Re=3 900时,对电磁力作用下圆柱体在弱电解质中的绕流场结构及其升阻力特性进行了数值模拟与分析.结果表明,电磁力作用可提高圆柱体边界层内的流体动能,抑制流动分离的产生,减弱圆柱绕流场的三维特性,在电磁力作用参数达到某个临界值后,在圆柱体后方产生射流现象;同时,随着电磁力作用参数的增大,圆柱体压差阻力及其总阻力减小,但摩擦阻力增大,而且电磁力的作用还可以显著减小升力脉动幅值.     

液力缓速器瞬态两相流动大涡模拟及性能预测

为了全面掌握液力缓速器各个流动单元内速度场和压力场的分布特性,提取了全流道几何模型作为计算区域,利用CFD平台的大涡模拟法和多流动区域耦合计算的滑动网格法对液力缓速器内部气液两相流动进行了三维瞬态数值模拟,将混合模型与欧拉模型交替运用在其多相流模型中,获得了不同充液率下液力缓速器内流场结构的变化及两相体积分数分布情况,分析了流场内二次流、脱流及涡旋的产生机理,并计算了缓速器的外特性.结果表明:数值计算结果与试验结果吻合很好,误差在8％以内;流场计算十分准确,运用的大涡模拟方法可以有效地模拟液力缓速器流场内的真实液流结构,其结果可以用来指导液力缓速器的设计及其结构优化.     

大涡模拟在水利中的研究进展

大涡模拟作为一种研究湍流流动的有效手段，在国际上已经得到了广泛的应用．本文在介绍了大涡模拟的发展历程及其理论方法的基础上，就国内外大涡模拟在水利中的最新研究成果作了较为详细的阐述和系统的分析，指出了其中应该注意的问题和今后的发展方向。     

Two-phase flow simulation of aeration on stepped spillway

Stepped spillways have existed as escape works for a very long time. It is found that water can trap a lot of air when passing through steps and then increasing oxygen content in water body, so stepped spillways can be used as a measure of re-aeration and to improve water quality of water body. However, there is no reliable theoretical method on quantitative calculation of re-aeration ability for the stepped spillways. By introducing an air-water two-phase flow model, this paper used k-ε turbulence model to calculate the characteristic variables of free-surface aeration on stepped spillway. The calculated results fit with the experimental results well. It supports that the numerical modeling method is reasonable and offers firm foundation on calculating re-aeration ability of stepped spillways. The simulation approach can provide a possible optimization tool for designing stepped spillways of more efficient aeration capability.     

用格子Boltzmann大涡模拟方法计算电磁力作用下的翼型绕流

利用格子Boltzmann大涡模拟(LBM-LES)方法,对较大雷诺数Re =2.4×105下翼型绕流的电磁控制进行数值研究.结果表明,LBM-LES方法计算过程简单,容易并行,适合处理该问题.     

发动机进气门流场数值模拟及其阻尼特性分析

用任意拉格朗日-欧拉（ALE）计算方法对发动机进气门附近的气体流动进行数值模拟研究;针对两种典型结构的进气门,在对气体流动进行数值模拟及阻尼特性进行分析的基础上,分别给出局部阻力因数与气门开度及初始条件的关系曲线,计算结果表明：圆角气门对流动有整流作用,并使气流阻力变小;而直角气门产生的涡流较强,能量损失大;故直角气门的局部损失因数较圆角气门的局部损失因数大得多,计算结果与传统设计基本吻合,从而为发动机进气道及气门的气动设计提供了新方法。     

基于大涡模拟的开孔潜体流噪声数值模拟

基于大涡模拟（LES）方法和Lighthill声学类比方法,对一倒T型开孔进行流场及流激噪声进行数值模拟,计算所得结果与公开发表文献上的数值及实验结果吻合良好,验证了基于LES的流噪声数值模拟方法的可行性.在此基础上,对某三维开孔潜体（原型）及其改型进行了流噪声数值模拟,对潜体内腔流场及其噪声辐射结果进行分析,从数值模拟的角度验证了改型潜体在阻力和噪声性能上都要优于原型潜体.