增壓柴油機排氣流固換熱的穩(wěn)態(tài)與瞬態(tài)模擬對比分析.pdf

1、排氣管作為增壓發(fā)動機排氣系統(tǒng)的關鍵零部件，其流通性能優(yōu)劣不但影響著發(fā)動機換氣過程，還對渦輪增壓器工作可靠性及效率有較大的影響。目前的發(fā)動機由于工作指標不斷強化，排氣溫度較以往已提高不少，管壁材料與結構在高溫工作環(huán)境下的可靠性問題日益突出，因此在產(chǎn)品開發(fā)設計評估階段進行排氣流固換熱模擬是非常必要的。就模擬形式而言，有瞬態(tài)與穩(wěn)態(tài)之分，如何將瞬態(tài)流動的時均化參數(shù)求解問題轉化為穩(wěn)態(tài)形式求解是為高效工程計算的要義之一。
　　流體的速度與溫度

2、一定程度上是流動狀態(tài)的宏觀體現(xiàn)，模擬結果的可靠性取決于求解域的離散分布與離散方程能準確反應流動的特點，模擬的優(yōu)化在于恰當?shù)叵魅醴匠痰姆蔷€性與耦合性求解難度。綜合相關文獻中對于排氣建模方式的描述不難發(fā)現(xiàn)，其中的根本問題是對求解域離散布置、狀態(tài)假設、模型取用、方程求解等未依據(jù)流動邊界與特征作相應判斷，難點是確立以上各項要素時所需的準則與彼此依存關系，歸根結底是需明晰流體力學理論與計算軟件的適定性，否則由瞬態(tài)或穩(wěn)態(tài)模擬所得的數(shù)值解都可能與實際

3、流動的解析解之間存在更大的誤差甚至錯誤，繼而關于計算結果的置信與優(yōu)化討論亦失實。
　　本文針對某排氣管有限元分析項目中提出的計算可靠性問題，對某增壓柴油機額定工況的排氣流固換熱進行了多種以瞬態(tài)與穩(wěn)態(tài)作為根本區(qū)分的建模。一方面，著手分析了常見模擬中為簡化計算而忽略各項要素之間的響應特點所進行的建模對計算結果造成的影響;另一方面從流體力學理論與計算軟件的適定性方面入手，逐步分析了各項要素之于模擬求解的非線性與耦合性機理，在此過程中形成

4、了系統(tǒng)性的建模與簡化建模策略，并以試驗所得管壁的溫度測量數(shù)據(jù)對模擬進行了驗證。結果表明:排氣流固換熱瞬態(tài)模擬出于計算高耗需所限，為實現(xiàn)其可行性及體現(xiàn)排氣壓縮性，結果受模型、網(wǎng)格及時間步長的影響大，常見高雷諾數(shù)標準壁面函數(shù)建模，容易導致失真的或高出實際較多的模擬結果;當各支歧管壁面曲線布置需要進行改型設計時，其亦不能完全表現(xiàn)新曲線于流動的影響;在尊重各項要素之間響應關聯(lián)的前提下，線性擬合可壓排氣冪次物性參數(shù)及匹配低雷諾數(shù)分離求解可體現(xiàn)排氣