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进气歧管EGR均匀性CFD分析方法研究
作者:网站采编关键词:
摘要：进气管、EGR管的结构和布局直接影响各缸的燃烧质量以及发动机的各项性能。多缸发动机上各缸的EGR率不均匀，导致EGR率高的缸氧气浓度低，排放烟度大，EGR率低的缸不能有效降低最高
进气管、EGR管的结构和布局直接影响各缸的燃烧质量以及发动机的各项性能。多缸发动机上各缸的EGR率不均匀，导致EGR率高的缸氧气浓度低，排放烟度大，EGR率低的缸不能有效降低最高温度，NOX的形成得不到有效的控制，直接影响到发动机工况稳定性、油耗、排放。改善发动机各缸EGR分配均匀性，对于满足更为严格的排放法规和获得最佳燃油经济性具有重要的意义。
本文通过仿真计算，分析各缸EGR率分配均匀性受结构因素的影响，为进气系统模型优化提供理论依据。
2 分析过程和内容
2.1 收集数据
进气歧管（EGR）三维几何模型的建立，一般情况下，三维几何模型可以用CATIA软件或者CAD软件建立，然后以标准STL文件格式导出表面模型。然后由台架试验获得或由一维热力学软件计算获得，本例中发动机进气歧管EGR均匀性分析需要的性能参数如图1所示。其中，初始化条件和壁面区域可以依据进气歧管模型而定。
图1
同时需要新鲜空气入口、废气入口质量流量和静温随曲轴转角的变化关系数据，各个出口质量流量（注意应该在基础上乘-1，改变方向）随曲轴转角的变化关系数据。需注意给定数据的变化范围应该大于CFD计算需要的曲轴转角范围。
2.2 前处理
生成网格就是对空间上连续的计算区域进行剖分，把它划分成许多个子区域，并确定每个区域中的节点坐标。在AVL FIRE中导入表面网格模型，开始对表面网格模型进行计算前的处理，即建立计算的模型，主要步骤有：
2.2.1导入面网格
2.2.2生成线网格
为了准确的生成体网格，在表面形状比较尖锐的地方，需要生成特征边缘线网格。CFD-WM（FIREWorkflow Manager）提供了自动生成的工具Auto edge。
在生成线网格时，一般选用Closed Edges生成封闭的线网格。生成线网格之后，可以查看线网格的生成，去除多余的线段或者用Trajectory工具添加某些边界线网格，保存文件（注意在整个前处理过程中，若做了相应的改动，应该立即保存文件）。
进气歧管（EGR）分析模型Selection分为：边界Selection，细化Selection，壁面Selection，为了在体网格定义时方便选取，需要定义部分面网格转换成体网格的Selection。
边界需要建立的Selection主要有新鲜空气入口界面、废气入口界面、混合气的八个出口界面，壁面Selection有EGR管道和进气歧管总管，面网格转换成体网格的Selection是整个EGR管道和进气歧管总管。建立Selection时注意命名规则的使用，以方便在生成体网格时，方便的查看各Selection的意义，同时方便相应的Selection转换成体网格Cell。
对于某些区域，尺寸很小，Fame Advanced Hybrid给定的网格尺寸可能画不过去，需要建立细化Selection，具体细化可以参考该区域的几何尺寸，选择合适的大小。
进气歧管（EGR）分析模型Selection分为：边界Selection，细化Selection，壁面Selection，为了在体网格定义时方便选取，需要定义部分面网格转换成体网格的Selection。
2.2.3生成体网格
生成体网格用工具，选择Fame Advanced Hybrid工具，设置好参数。生成体网格之后，相应的Selection也随之生成。
体网格生成之后，对进气歧管和废气入口管道，八个出口管Selection进行拉伸25mm（拉伸长度与管直径有关系），组合成新的体网格。新的体网格需要删除原定义的进出口Selection重新定义，需要修正EGR管道Selection，定义进气歧管Selection，最后需要定义结果输出的八个气缸Selection，长度为10mm左右。Selection定义完成之后，重新检查各selection是否定义准确。
在FH中选择Info，选中体网格，点击checks，选中required checks中所有项，检查结果这一栏中所有项的数目必须为0。对于进行过拉升合并网格操作生成的体网格，应该额外检查additional checks中的Independent regions，检查结果必须为1。
2.3 求解器的设置
体网格生成之后，需要定义求解的目标和选择相应的求解方程，即求解器的设置。首先在目录calculation下新建一个CASE，点击solver steering file编辑计算的参数。
2.3.1 Run Mode
进气歧管EGR均匀性CFD分析模拟时，Run Mode选择Crank-Angle，设置变化步长1度，起始角度为0，终止计算的角度设置7个做功循环，即5040度；发动机的转速为仿真模拟工况下的转速，即给定的参数。Module activation模型激活combustion。
2.3.2 Boundary Condition
边界值的设定直接影响计算结果，尽可能给值准确，符合实际。本例中设置八个出口，两个进口和三个壁面的边界参数。
文章来源：《内燃机与配件》 网址: http://www.nrjypj.cn/qikandaodu/2020/1003/487.html
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