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某轿车发动机进气歧管CFD分析
毛书林王
(沈阳理工大学车辆工程系，辽宁沈阳110159)
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摘要：以某款轿车发动机的进气歧管进行进气均匀性和进气压损有限元分析，并分别进行相关的均匀性和压损计算，根据分析结果评价该桥车进气歧管的性能且提出改进方案，降低试验成本，大大编短产品周期。
关键词：进气歧管；有限元；CFD分析
Abstract:Take finite element analysis of intake uniformity and loss of intake pressure based on the intake manifold of a car engine, also the calculation of related unifomity and loss pressure must be carried out, evaluate the perfomance of intake manifold of a engine according to the results and suggest improvements program to reduce test costs, shorten product cycle.
Key words:Intake manifold;Finite element ;CFD analysis
进气系统的好坏对发动机的性能至关重要，进气歧管的作用是充分和均匀地向各个气缸提供新鲜的空气"，进气系统结构是否合理对发动机各缸燃烧的质量以及发动机各项性能具有重要影响。
本文视某国产轿车进气歧管为粘性模型，分析该进气歧管4个工况下的性能，分析4
个支管的均匀性系数最大值是否控制在2.5%以内以及平均进气压损是否控制在 2.5KPa以内，针对其不均匀性和压力损失进行分析计算冈
1模型建立
1.1三维模型的建立
本文主要对进气歧管的每个分管进行流体动力学分析，故在利用三维建模软件进行建模时省略掉复杂及对仿真结果没有影响的位置，从而在一定程度上提高仿真的速度和可靠性。
1.2网格划分
图1进气歧管网格划分
图4总压损分析
利用Gambit进行网格划分，划分时模型心部采用六面体网格而表面采用四面体网格，由于分析的结构为四个简化的进气歧管分管，故控制网格划分的数量在30万-40万之间，y+方向上在 30-200之间，如此可在一定程度上提高分析的准确度。
考虑到壁面会出现边界层的影响，进气歧管的流体流动是可压粘性流动，故在流体域与固体域的交界面上生成边界层网格。为避免歧管模型在进出口边界面上出现回流情况，在相应的进口和出口面处分别拉伸20层左右的网格。
1.3边界条件与工况的设置
对模型进行有限元分析时边界条件为：人口总压1bar，出口静压0.975bar，空气的物理性质设置为可压缩粘性，温度为20℃；压力损失计算边界条件为：空气的质量流量为121.3g/s，出口静压为 2bar，计算工况分为四种情况，即其中一个支管打开其余关闭。
1.4求解参数的设置
分析计算时，假设空气不能被压缩，采用离散格式的插值方式，一阶隐式格式离散时间项，选择SILMPLE的耦合算法解决速度与压力的间题。假设通过进气歧管的空气为理想气体，选择零方程模型为计算方程，使用混合壁面函数来描述发动机进气歧管内部各支管管壁附近边界层压力及流体速度等分布，且应该设定贴近管壁附
万方数据
图2压力分布
图3支管2速度迹线图5静压损分析
近的网格的y+值在30-200之间，残差小于0.0001。
2仿真结果的分析 2.1仿真的结果
进气歧管进气的均匀性采用进气不均勾性的最大进气不均匀度E来评价，E越小代表进气越均匀，该发动机进气歧管各个支管的均匀性系数的最大和最小偏差为0.33和0.29，故在进气均匀性方面，该发动机满足最大和最小偏差控制在5%的范围内的要求，该进气歧管的各个支管的均勾性系数、流动速度和流量系数都在评价标准的范围内，符合评价标准，由于支管2的均勾性系数、流动速度和流量系数较其他三个支管有较大的变化和不稳定性，故对支管2 进行单独的分析。
2.2压力分布和速度分布
发动机进气歧管的进口到出口，空气压力逐渐变小，并且没有突变的地方，如图3所示。
图3为进气歧管支管2的空气速度迹线，空气从进气歧管人口进人支管2后，空气在支管2的稳压腔内形成漩涡，并且过小的转角导致空气流动不均匀，随后空气流向出口的位置，分析认为过小的转角导致空气流动不均匀.引起来支管2的均匀性系数、流动速
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