cfd技術(shù)應(yīng)用論文

1、1CFD CFD 技術(shù)在內(nèi)燃機(jī)中的應(yīng)用 技術(shù)在內(nèi)燃機(jī)中的應(yīng)用汽車學(xué)院 14 班 魯瑛琦 44120208摘要：進(jìn)入二十一世紀(jì)以來，科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展讓內(nèi)燃機(jī)實(shí)驗(yàn)變得更加簡便。尤其是仿真模擬軟件的應(yīng)用大大節(jié)省了內(nèi)燃機(jī)實(shí)驗(yàn)的成本，提高了可操作性。其中 CFD 技術(shù)運(yùn)用廣泛,在內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)中發(fā)揮的作用也越來越重要。本文簡要介紹了內(nèi)燃機(jī)工作過程數(shù)值模擬和內(nèi)燃機(jī) CFD 的發(fā)展歷程,并介紹了內(nèi)燃機(jī) CFD 的各個(gè)組成部分和缸內(nèi)紊流流場的基

2、本算法,最后指出了內(nèi)燃機(jī) CFD的發(fā)展趨勢。1.CFD 技術(shù)簡介CFD(Computational Fluid Dynamics)是基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的一種數(shù)值計(jì)算工具,用于求解流體的流動(dòng)和傳熱問題。由于 CFD 可以準(zhǔn)確的給出流體流動(dòng)的細(xì)節(jié),因而可以從對(duì)流場的定量分析中發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中存在的問題,據(jù)此優(yōu)化設(shè)計(jì)方案,達(dá)到改變傳統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程的目的。本文對(duì) CFD 技術(shù)在內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行了討論。1.1 紊流運(yùn)動(dòng)的 CFD 簡介內(nèi)燃機(jī)的缸內(nèi)

3、氣體流動(dòng)是典型的紊流運(yùn)動(dòng),對(duì)紊流運(yùn)動(dòng)的計(jì)算屬于計(jì)算流體力學(xué)(CFD)的范疇。內(nèi)燃機(jī)工作過程 CFD 即是在紊流流動(dòng) CFD 的基礎(chǔ)上,增加了對(duì)內(nèi)燃機(jī)工作過程所特有的噴霧、蒸發(fā)、混合及燃燒等子模型的建立。紊流運(yùn)動(dòng)的 CFD 是目前 CFD 領(lǐng)域困難最多但研究最活躍的領(lǐng)域之一。目31975 年美國 Los Alamos 國家實(shí)驗(yàn)室首先推出了二維 RICE 程序用于計(jì)算汽油機(jī)預(yù)混合燃燒。1979 年推出 RICE 程序的新版本—CONCHAS

4、 程序,1982年發(fā)展成當(dāng)時(shí)具有代表性多維模型的 CONCHAS-SPRAY 三維模型計(jì)算程序。1985 年 Los Alamos 實(shí)驗(yàn)室的 Amsden 等人正式公布了 KIVA 程序。1987年， Gosman 和 Ahmed 對(duì)軸對(duì)稱進(jìn)氣道氣門缸內(nèi)穩(wěn)態(tài)流動(dòng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和計(jì)算研究。他們采用熱線風(fēng)俗以測量了不同氣門升程時(shí)的流量系數(shù)、平均速度和湍流雷諾應(yīng)力場，并用流動(dòng)可視化研究做了補(bǔ)充。 1988 年又推出 KIVAⅡ程序。KIVA

5、Ⅱ程序是一個(gè)功能比較齊全的內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)過程數(shù)值計(jì)算的大型程序,代表了目前多維模型的最新進(jìn)展。此外由 Ricardo 公司推出的 VERTIS 和 STAR-CD 公司推出的 STAR-CD 也是目前內(nèi)燃機(jī) CDF 領(lǐng)域內(nèi)突出的實(shí)例。1994 年， J. C. Dent 和 A. Chen 進(jìn)行了彎曲進(jìn)氣道內(nèi)穩(wěn)態(tài)流動(dòng)的實(shí)驗(yàn)和計(jì)算研究，采用Star-CD 程序預(yù)測了受可變氣門升程和氣道形狀影響的流場結(jié)構(gòu)，并驗(yàn)證了模擬結(jié)果的可行性；2001 年

6、， Augusto C. M.Moraes， Jeffrey C. Buell 等人提出了基于有限元法解決缸內(nèi)非穩(wěn)定流的新的數(shù)值模擬策略； 2002 年， I.Yavuz 和 I.Celik 用多區(qū)燃燒模型進(jìn)行了敲缸預(yù)測，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的爆震問題作出了貢獻(xiàn)； 2004 年， Ugur Kesgin 應(yīng)用 AVL 的 Boost 和 Fire 軟件對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)排氣系統(tǒng)進(jìn)行模擬研究，并對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。近年來，這些軟件都得到了迅速發(fā)展，并已在世界