第3期（总第236期） 2018年6月
车用发动机 VEHICLE ENGINE
No 3(Serial No 236 )
Jun2018
基于本征正交分解的缸内流场仿真校核方法探究
顾鹏，葛鹏辉，许敏
（上海交道大学汽车工程研究院，上海200240）
摘要：由于直喷式发动机缸内流场具有高端流和循环变动等特性，因此，发动机三维模型的流场校核显得尤为
重要。基于某光学发动机，利用高速粒子图像测速，对发动机缸内流场进行采集，同时利用大涡模拟对其进行三维建模仿真计算，将试验结果用于发动机模型的校核。并基于本征正交分解的方法，提取主要模态，分别从模态和能量的角度，全面对流场进行校核。在校核的基础上，分析了发动机的特征模态和循环变动。通过分析主要模态能量系数的波动，阐述包含大部分能量的流场和局部小涡团上分别的特征差异，提出了基于模态相关性系数的缸内流场仿真校核方法，通过相关性系数体现试验和仿具的主要流场模态占混合本征正交分解的流场模态的权重，进而显示了试验和仿真结果的客观差异，对流场校核的全面性进行了补充，
关键词：本征正交分解；大涡模拟；流场；汽油机：模态；相关性 DOI: 10 3969/j issn 1001-2222 2018 03 001
中图分类号：TK412
文献标志码：B
文章编号：1001-2222(2018)03-0001-07
活塞点燃直喷式（SparkIgnitionDirectInjec-tion)汽油机相比进气道喷射汽油机在燃油经济性和颗粒物排放方面具有很大的优势，并得到了广泛的研究和应用1-2]。研究表明,缸内流场对发动机燃油雾化、火焰传播路径和速率具有重要的影响"」，而缸内流场结构又受到诸多因素如进气道形状、进气歧管倾角和缸盖结构等的影响4]。如果能够开发出较为准确的发动机三维模型，这将极大地节约发动机开发成本。因此，发动机的三维模型校核也显得尤为重要。
与传统的RANS仿真不同的是，大涡模拟和试验的结果都存在着强烈的循环差异，对发动机的三维模型校核带来了极大的障碍。而本征正交分解（Properorthogonaldecomposition）通过基函数（mode)为大涡模拟和试验结果提供了一个比较的基础"]。Lumley等L"最早将本征正交分解的方法号入到瑞流场的分析中，将瑞流场中能量较大的大尺度涡团结构分离提取出来。由于发动机缸内流场同样具有高度瑞流特性，因此该方法逐渐被用于发动机的流场分析中。 Sirovich7提出的snapshot”的本征正交分解方法，在与原先的直接法等效的情况下，大大提升了计算效率，也广泛应用于流场分析。在发动机流场试验和仿真分析方面，很多研究者都基于不
收稿日期：2017-12-04；修回日期：2018-01-26
同的试验和仿真工况做了很多有益的工作。秦文瑾、许敏等证明了本征正交分解可以作为分析发动机缸内流场模拟结果准确性的有效工具。 Fogleman等通过相位固定的本征正交分解的方法，对不同曲轴转角的缸内流场变化进行了分析。陈豪等指出目前对实际发动机流场结果本征正交分解的研究相对债乏，并阐述了试验与仿真缸内流场比较的应用思路。此外，一些研究者对试验数据的完善，对缸内流场仿真校核的工作也具有重要意义。Druault等通过本征正交分解对PIV的流场结果进行时间跨度上的插值： Borée等2通过本征正交分解的方法阐述了时间和空间位置上的关联，
本研究在前人工作的基础上，着眼于基于本征正交分解的缸内流场仿真校核方法，从能量和模态的角度，全面合理地评价试验和仿真缸内流场结果的差异性，借此提出并建立缸内流场仿真
校核的流程策略。 1数值模型描述 1.1发动机仿真方法
关于缸内流场循环的分析，大量基础性的研究是基于雷诺分解，建立对瑞流脉动量的分析。雷诺方程的核心价值在于，将对端流的研究转化为了建
作者简介：顾鹏（1993一），男，硕士，主要研究方向为发动机CFDgupengsjtu@gmaileom