cfd技術(shù)應(yīng)用論文

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

2、本算法,最后指出了內(nèi)燃機 CFD的發(fā)展趨勢。1.CFD 技術(shù)簡介CFD(Computational Fluid Dynamics)是基于計算機技術(shù)的一種數(shù)值計算工具,用于求解流體的流動和傳熱問題。由于 CFD 可以準確的給出流體流動的細節(jié),因而可以從對流場的定量分析中發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計中存在的問題,據(jù)此優(yōu)化設(shè)計方案,達到改變傳統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計過程的目的。本文對 CFD 技術(shù)在內(nèi)燃機設(shè)計中的應(yīng)用進行了討論。1.1 紊流運動的 CFD 簡介內(nèi)燃機的缸內(nèi)

3、氣體流動是典型的紊流運動,對紊流運動的計算屬于計算流體力學(xué)(CFD)的范疇。內(nèi)燃機工作過程 CFD 即是在紊流流動 CFD 的基礎(chǔ)上,增加了對內(nèi)燃機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。紊流運動的 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 國家實驗室首先推出了二維 RICE 程序用于計算汽油機預(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)時具有代表性多維模型的 CONCHAS-SPRAY 三維模型計算程序。1985 年 Los Alamos 實驗室的 Amsden 等人正式公布了 KIVA 程序。1987年， Gosman 和 Ahmed 對軸對稱進氣道氣門缸內(nèi)穩(wěn)態(tài)流動進行了實驗和計算研究。他們采用熱線風(fēng)俗以測量了不同氣門升程時的流量系數(shù)、平均速度和湍流雷諾應(yīng)力場，并用流動可視化研究做了補充。 1988 年又推出 KIVAⅡ程序。KIVA

5、Ⅱ程序是一個功能比較齊全的內(nèi)燃機缸內(nèi)過程數(shù)值計算的大型程序,代表了目前多維模型的最新進展。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 CDF 領(lǐng)域內(nèi)突出的實例。1994 年， J. C. Dent 和 A. Chen 進行了彎曲進氣道內(nèi)穩(wěn)態(tài)流動的實驗和計算研究，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)燃燒模型進行了敲缸預(yù)測，對發(fā)動機的爆震問題作出了貢獻； 2004 年， Ugur Kesgin 應(yīng)用 AVL 的 Boost 和 Fire 軟件對發(fā)動機進排氣系統(tǒng)進行模擬研究，并對其進行優(yōu)化設(shè)計。近年來，這些軟件都得到了迅速發(fā)展，并已在世界