第2期（总第229期） 2017年4月
车用发动机 VEHICLE ENGINE
No 2 (Serial No 229)
Apr2017
基于一维-三维耦合仿真的进气系统优化方法
董江峰，孙淑慧”，仲蕾，陈晋兵，王尚学”，牛海杰
（1，中国北方发动机研究所（天津），天津300400：2，天津市热电设计院有限公司，天津300000）
摘要；提出了基于一维-三维耦合仿具的进气系统优化方法，此方法兼具CFD对进气系统三维流动特性准确描述与一维仿真对内燃机进气系统全局控制的优点。建立了进气歧管三维模型，采用GT-Power软件进行缸内工作过程模型仿真，根据试验数据标定仿真模型。通过一维-三维耦合仿具计算得到进气歧管各转速下的流动参数，以此作为CFD仿真的边界条件，优化进气歧管的结构参数。通过整机试验对进气歧管流动性能进行了验证。试验结果表明，该方法能够较好地指导进气歧管设计。
关键词：内燃机；仿真；进气歧管；进气均匀性 DOI:10 3969/j issn 1001-2222 2017 02 010
中图分类号：TK41344
文献标志码：B
文章编号：1001-2222(2017)02-0056-06
油气混合的质量对发动机燃烧过程及整机性能有着十分重要的影响，而进排气系统设计的优劣会影响其流动特性，进而影响油气混合质量。为提高各缸进气均勾性，降低流通阻力，需要对进气歧管的结构进行优化，在满足各缸进气均勾性的条件下，尽可能减小流通阻力增加进气量，从而增加有效功的循环输出量，提高柴油机功率密度，同时满足排放法规要求，这些在工程应用中也是重要的内容-5
国内外在发动机进气系统的流动特性研究方面做了很多工作。HoongTToh等研究了进气歧管几何结构对内燃机缸内气体流动的影响规律]：Cui Y等以整个进气系统作为研究对象，研究了多缸发动机中间气缸与其他气缸的流量及总压变化；Y： L.Qi等研究了在进气冲程时进气门上游漩涡对缸内流动的影响规律，摘示了滚流率和充量系数的提高途径8：蓝志宝等应用CFD方法进行了进气歧管的开发研究-；王文、王兴海等对进排气压力波对缸内燃烧的影响规律进行了试验研究1-12]。本研究对某8缸柴油机的进气歧管/气门室气腔结构进行了优化设计，在提高了各缸进气均勾性的同时，保证
了整机设计的紧凑性。 1计算模型
1.1数值优化流程
柴油机进气系统的气道较为复杂，不能忽略三维结构对流动特性的影响，而进气流量均匀性、充气
收稿日期：2016-10-26；修回日期：2017-04-27
效率等指标直接影响发动机工作性能，所以对进气管道内气体流动特性进行准确预测和几何结构的优化极为重要。
目前进排气系统的计算流体力学模拟有以下几种模型可供选择：一维CFD模型、三维CFD模型和混合模型。混合模型是指进排气系统中既有一维模型又有三维模型，通过两者结合求解整个进排气系统的流动特性，既利用了一维模拟计算效率高的优势，又实现了进排气系统中关键部件形状对发动机性能影响的分析[13-14]。
本研究以进气流量均匀性最佳为耦合仿真的优化目标，根据各仿真工具的特点，提出一维-三维耦合的进气系统优化流程（见图1）。
发动机台架性能试验
进-排气三维管D-3D竭合仿真+ 路CFD计算网格
进排气性能结果
进-排气三维管路几何建模
GT-Power工作过程计算模型
1、均匀性 2、进气量 3、充量系数
4、发动机总体指标
界是/否
条件！
CFD管路优化
输出结果
图1进排气系统优化流程
作者简介：董江峰（1984一），男，硕士，助理研究员，从事发动机总体设计与匹配技术研究；723307066@qom。