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1、3 气门摩托车汽油机进气流动特性模拟黄琪1 , 李云清2 , 张力1 , 李应全3 , 贺泽龙4( 1. 重庆大学机械工程学院, 重庆400044 ; 2. 北京航空航天大学汽车系, 北京100083 ;3. 中国嘉陵工业股份有限公司技术中心, 重庆400032 ; 4. 重庆科技学院, 重庆400010 )摘要: 应用CFD 对具有两个进气道的某3 气门125 mL 单缸汽油机气道内流场进行了数值模拟,在气缸横切面速度分布图上发现两个进气门的下方会形成两个尺度较大的横向空气流动漩涡;同时在纵切面速度分布图上发现明显的纵向气流漩涡流动,获得了不同升程下的进气流量系数; 并将计算结果与试验结果进
2、行了对比分析。结果表明,所选模型和计算方法正确,可以利用数值模拟计算代替试验测试得到进气门流量系数。关键词: 汽油机; 进气道; 数值模拟; 流量系数中图分类号: TK413. 44 文献标志码: B 文章编号: 100122222 (2008) S120079204目前,国内125 mL 及以下排量的小型摩托车用汽油机由于受几何尺寸等因素的限制基本都是2个气门,即一个进气门,一个排气门,且一般均为高速机,其最大转速可达上万转。为进一步改善摩托车用汽油机换气过程的质量,必须增大充量系数。而充量系数正是评价内燃机换气过程的一个重要指标。由于充量系数在很大程度上取决于气道、气门、气缸的几何形状,这
3、些因素也影响气体流动,而且气体流动十分复杂,为了减少对进气道的试验调试工作,对进气道内气体流场进行数值模拟,分析气道内流动特性,探求气道几何形状结构对气体流动的影响规律是非常必要的,并据此对所设计的气道进行性能预测1 。王樵2 等人利用三维CFD 对有一个进气道的发动机进气门流量系数进行了计算,并将计算结果与试验结果进行了比较分析,证明了三维CFD 计算发动机进气门流量系数是可行的。两进气道发动机与单进气道发动机在流动方面存在较大的差异,特别是在小型汽油机上。本研究对正在开发的一款2进气门1 排气门3 气门125 mL 汽油机(具有两个进气道) 进行气道的三维数值模拟,计算不同气门升程下的进气
4、门流量系数。1 研究方法发动机气道和气缸内的气体流动是高湍流的三维流动,为了增加进气量,气道的流动阻力越小越好。气道的质量评价指标主要有流动阻力、流量系数和涡流强度等,其中流量系数是评价气道质量的重要指标。总的说来,对内燃机气道中气体流动的研究方法分为试验研究和数值模拟研究两大类。其中试验研究方法有热线风速仪法、激光多谱勒测速法、热线探针法和气道稳流试验台;而数值模拟法主要有Euler 法、Lagrange 法及AL E 法( 任意La2grange Euler 法) 。由于稳流试验中的气体流动是稳定的气体流动,而实际发动机在工作过程中,活塞和气门均在做变速运动,通过气道的气流实际是不稳定流动
5、,两者之间并不存在严格的相似性。目前数值模拟技术取得了显著的进步,研究时可以采用数值模拟方法计算流量系数,再与稳流测试进行对比。本研究采用三维CFD 方法对气门升程不同时气道及气缸内的空气流动进行模拟计算,得到气道的流量系数。模拟计算中流量系数的计算基于以下关系式:CF =QA v0,A =d2v n4,v0 = 2p/。式中, Q 为实际空气流量, A 为气门座内截面面积,v0 为理论进气速度, n 为气门数目,p 为进气道压力降,为气门座处气体密度。2 模型建立建立的几何模型包括进气道、气缸盖及气缸套增刊(总第176 期)2008 年6 月车用发动机VEHICL E ENGINESuppl
6、ement (Serial No. 176)J un. 2008等(见图1) 。由于进气道系统是截面曲率和面积变化的复杂管系,要进行三维流场计算,合理构筑三维网格极为重要,网格生成质量直接影响计算精度和收敛性。本模型中,采用FIRE 中的FAME 模块生成以六面体网格为主的计算网格,并对气门喉口处网格进行了加密。最终模型中总网格数为30 万个左右。图1 计算模型及网格示意图3 边界条件及初始条件固定壁面边界: 绝热无滑移,固定壁面温度293 K;进出口边界: 采用进出口定压差,进口总压100 kPa ,出口静压97. 5 kPa ;初始条件:采用势流模式实现初始化。4 计算结果及分析图2 为气
7、道及缸内的压力分布;图3 为进气门升程4 mm 时气缸横切面的速度分布;图4 为进气门升程5 mm 时气缸横切面的速度分布;图5 为进气门升程6 mm 时气缸横切面的速度分布。图2 气道及缸内的压力分布图3 进气门升程4 mm 时气缸横切面的速度分布图4 进气门升程5 mm 时气缸横切面的速度分布图5 进气门升程6 mm 时气缸横切面的速度分布由以上3 张气缸横切面速度分布图可以发现,在气缸内两个进气门的下方会形成两个尺度较大的横向空气流动漩涡,而且当气门升程较大时,气流漩涡的动能较大。图6 为进气门升程4 mm 时,气道气缸纵切面的速度分布图。图7 为进气门升程5 mm 时,气道80车用发动
8、机2008 年增刊气缸纵切面的速度分布图。图8 为进气门升程6 mm 时,气道气缸纵切面的速度分布图。图6 进气门升程4 mm 时气缸纵切面的速度分布图7 进气门升程5 mm 时气缸纵切面的速度分布图8 进气门升程6 mm 时气缸纵切面的速度分布由以上3 张气道气缸纵切面速度分布图可以发现:在进气门的下方会形成明显的纵向气流漩涡。5 计算结果与稳态试验的对比虽然稳态试验并不能完全真实地反应实际流动状况,但实践表明,在稳流试验中性能较好的气道,通常在实际发动机中也有较好的工作特性3 ,根据气道稳流试验所判定的气道流动特性总是与实际发动机工作性能相一致4 。因此,通常将模拟计算结果与试验数据进行对
9、比分析。本研究为利用FIRE对气道气缸内空气流动进行模拟计算,得到气道流量系数与试验值比较(见表1) 。表1 流量系数试验值与计算值的比较气门升程/ mm 1 2 3 4 5 6计算值0. 151 0. 295 0. 387 0. 591 0. 702 0. 790试验值0. 136 0. 269 0. 364 0. 552 0. 599 0. 648相对误差/ % 9. 9 8. 8 5. 9 6. 6 14. 7 17. 9 由表1 可知, 数值计算结果和试验测试结果的变化趋势是一致的。在气门升程较小和较大时存在一定偏差,这主要是因为网格划分造成的误差。6 结束语本研究利用CFD 方法模拟
10、了3 气门发动机进气道及缸内的三维流场,发现了进气门下方的横向空气流动漩涡和纵向气流漩涡流动,并得到不同气门升程下的进气道流量系数;通过与稳流试验对比可知, 在一定程度上用CFD 计算可代替稳流试验。由于稳流试验无法得到大量的三维流场信息,因此,在进行发动机改型设计或全新设计时,可先利用CFD 进行发动机工作过程模拟计算,为发动机进气道的优化设计提供依据。参考文献:1 李隆键,余涛,张小燕, 等. 四气门发动机进气流动特性的数值建模J . 热科学与技术, 2004 , 3 (3) :2242.2 王樵,马朝臣,施新. 应用三维CFD 计算进气门流量系数J . 车用发动机,2002 (6) :
11、18220.3 许振忠,肖浩栋. 进气道对火花点火发动机性能影响的实验研究J . 汽车技术,2001 (6) :21224.4 Thien G. 四冲程柴油机气道的研究发展工作J . 内燃机译丛,1996 (2) :15217.2008 年6 月黄琪, 等: 3 气门摩托车汽油机进气流动特性模拟81Simulation of Intake Flow Characteristic of Motorcycle Engine with Three ValvesHUAN G Qi1 , L I Yun2qing2 , ZHAN G Li1 , L I Ying2quan3 , HE Ze2long4(
12、1. College of Mechanical Engineering , Chongqing University , Chongqing 400044 , China ;2. Dept . of Automobile Engineering , Beijing University of Aeronautics and Ast ronautics , Beijing 100083 , China ;3. Technique Center of Jia Ling Company , Chongqing 400032 , China ;4. Chongqing university of s
13、cience and technology , Chongqing 400010 , China)Abstract : The flow field in two intake port s of one 32valve 125 mL engine was numerically simulated by CFD. Two air spiralvortex which were large scale and cross direction were found on velocity scatter diagram of cross section , and air spiral vort
14、exwhich was st rong and longitudinal direction was found on velocity scatter diagram of longitudinal section. At the same time theflow characteristics were simulated under different valve lift . The calculated result s for the flow coefficient agreed well withsteady flow measurement s , which proved
15、 that the tested method of the f low coefficient can be substituted by the CFD.Key words : gasoline engine ; in2take port ; numerical simulation ; flow coefficient 编辑: 李建新(上接第75 页)参考文献:1 于洪,于瑞涛. 螺纹联接预紧力控制及其工艺参数的确定J . 山东内燃机,2005 (5) :29234.2 熊云奇,张琼敏,濮进,等. 发动机重要螺栓装配工艺研究J . 汽车科技,2003 (5) : 28230.3 林湖,朱
16、正德,陈强努,等. 螺栓装配技术中扭矩法与转角法比较研究J . 汽车工艺与材料,2003 (9) : 41244.4 卜炎主. 中国机械设计大典第三卷M . 南昌:江西科学技术出版社,2002 :972110.Comparative Investigation of Main Bearing Boltbetween FEM Analysis and Formula CalculationYAO Liang2yu , CHEN Ze2zhong , GUO Chang2ming(China North Engine Research Institute , Datong 037036 , Chi
17、na)Abstract : The paper , the stiffness coefficient of different diameter main bearing bolt is calculated with FEM methods. Compared theFEM date with formula ones , the results indicate that the formula2calculated stiffness coefficient increases slower than the FEM2ana2lyzed because the simplify of
18、formula calculation , when diameter varied f rom 16 mm to 18 mm , the disparity is 3 percent .Key words : main bearing bolt ; stiffness coefficient ; finite element ; formula calculation 编辑: 潘丽丽(上接第78 页)5 张强,王志明. 基于CFD 的船用柴油机缸体水套设计J . 内燃机学报,2005 ,23 (6) :5482553.6 白敏丽,吕继组,丁铁新. 六缸柴油机冷却系统与传热的数值模拟研究J .
19、 内燃机学报,2004 ,22 (6) : 5252531.7 刘巽俊,陈群,李骏,等. 车用柴油机冷却系统的CFD 分析J . 内燃机学报,2003 ,21 (2) :1252129.8 杜佳正,黄荣华,王龙飞,等. 发动机机体缸盖冷却水CFD 模拟计算与分析J . 柴油机设计与制造,2007 ,15 (1) :15218.Numerical Simulation of Coolant Flow in Diesel EngineCool ing Water JacketsYE Yi2su , XIN Zhe(China Agricultural University , Beijing 10
20、0083 , China)Abstract : In this paper , cooling water jacket model of a six2cylinder engine is set up by means of a three2dimension CAD sof t2ware named Pro/ E. Then the model is checked and meshed by a kind of CFD pre2preprocessor named GAMBIT. Subsequently ,the flow fields information ,such as coo
21、lant flow field rate ,pressure loss and flow dist ribution are computed and analyzed ,andthen displayed all by using Fluent ,one important kind of CFD sof tware. The result s are useful for optimization design of thest ructure of engine cooling water jacket .Key words : diesel engine ; water jacket
22、; numerical simulation ; C_图1 计算模型及网格示意图图2 气道及缸内的压力分布图3 进气门升程4 mm 时气缸横切面的速度分布图4 进气门升程5 mm 时气缸横切面的速度分布图5 进气门升程6 mm 时气缸横切面的速度分布图6 进气门升程4 mm 时气缸纵切面的速度分布图7 进气门升程5 mm 时气缸纵切面的速度分布图8 进气门升程6 mm 时气缸纵切面的速度分布我的大学爱情观1、什么是大学爱情：大学是一个相对宽松，时间自由，自己支配的环境，也正因为这样，培植爱情之花最肥沃的土地。大学生恋爱一直是大学校园的热门话题，恋爱和学业也就自然成为了大学生在校期间面对的两个主
23、要问题。恋爱关系处理得好、正确，健康，可以成为学习和事业的催化剂，使人学习努力、成绩上升；恋爱关系处理的不当，不健康，可能分散精力、浪费时间、情绪波动、成绩下降。因此，大学生的恋爱观必须树立在健康之上，并且树立正确的恋爱观是十分有必要的。因此我从下面几方面谈谈自己的对大学爱情观。2、什么是健康的爱情：1) 尊重对方，不显示对爱情的占有欲，不把爱情放第一位，不痴情过分；2) 理解对方，互相关心，互相支持，互相鼓励，并以对方的幸福为自己的满足; 3) 是彼此独立的前提下结合；3、什么是不健康的爱情：1)盲目的约会，忽视了学业;2)过于痴情，一味地要求对方表露爱的情怀，这种爱情常有病态的夸张;3)缺
24、乏体贴怜爱之心，只表现自己强烈的占有欲;4)偏重于外表的追求;4、大学生处理两人的在爱情观需要三思：1. 不影响学习：大学恋爱可以说是一种必要的经历，学习是大学的基本和主要任务，这两者之间有错综复杂的关系，有的学生因为爱情，过分的忽视了学习，把感情放在第一位；学习的时候就认真的去学，不要去想爱情中的事，谈恋爱的时候用心去谈，也可以交流下学习，互相鼓励，共同进步。2. 有足够的精力：大学生活，说忙也会很忙，但说轻松也是相对会轻松的！大学生恋爱必须合理安排自身的精力，忙于学习的同时不能因为感情的事情分心，不能在学习期间，放弃学习而去谈感情，把握合理的精力，分配好学习和感情。3、 有合理的时间；大学
25、时间可以分为学习和生活时间，合理把握好学习时间和生活时间的“度”很重要；学习的时候，不能分配学习时间去安排两人的在一起的事情，应该以学习为第一；生活时间，两人可以相互谈谈恋爱，用心去谈，也可以交流下学习，互相鼓励，共同进步。5、大学生对爱情需要认识与理解，主要涉及到以下几个方面：（一） 明确学生的主要任务“放弃时间的人，时间也会放弃他。”大学时代是吸纳知识、增长才干的时期。作为当代大学生，要认识到现在的任务是学习学习做人、学习知识、学习为人民服务的本领。在校大学生要集中精力，投入到学习和社会实践中，而不是因把过多的精力、时间用于谈情说爱浪费宝贵的青春年华。因此，明确自己的目标，规划自己的学习道
26、路，合理分配好学习和恋爱的地位。（二） 树林正确的恋爱观提倡志同道合、有默契、相互喜欢的爱情：在恋人的选择上最重要的条件应该是志同道合，思想品德、事业理想和生活情趣等大体一致。摆正爱情与学习、事业的关系：大学生应该把学习、事业放在首位，摆正爱情与学习、事业的关系，不能把宝贵的大学时间，锻炼自身的时间都用于谈情说有爱而放松了学习。 相互理解、相互信任，是一份责任和奉献。爱情是奉献而不时索取，是拥有而不是占有。身边的人与事时刻为我们敲响警钟，不再让悲剧重演。生命只有一次，不会重来，大学生一定要树立正确的爱情观。（三） 发展健康的恋爱行为 在当今大学校园，情侣成双入对已司空见惯。抑制大学生恋爱是不实
27、际的，大学生一定要发展健康的恋爱行为。与恋人多谈谈学习与工作，把恋爱行为限制在社会规范内，不致越轨，要使爱情沿着健康的道路发展。正如马克思所说：“在我看来，真正的爱情是表现在恋人对他的偶像采取含蓄、谦恭甚至羞涩的态度，而绝不是表现在随意流露热情和过早的亲昵。”（四） 爱情不是一件跟风的事儿。很多大学生的爱情实际上是跟风的结果，是看到别人有了爱情，看到别人幸福的样子（注意，只是看上去很美），产生了羊群心理，也就花了大把的时间和精力去寻找爱情（五） 距离才是保持爱情之花常开不败的法宝。爱情到底需要花多少时间，这是一个很大的问题。有的大学生爱情失败，不是因为男女双方在一起的时间太少，而是因为他们在一
28、起的时间太多。相反，很多大学生恋爱成功，不是因为男女双方在一起的时间太少，而是因为他们准确地把握了在一起的时间的多少程度。（六） 爱情不是自我封闭的二人世界。很多人过分的活在两人世界，对身边的同学，身边好友渐渐的失去联系，失去了对话，生活中只有彼此两人；班级活动也不参加，社外活动也不参加，每天除了对方还是对方，这样不利于大学生健康发展，不仅影响学习，影响了自身交际和合作能力。总结：男女之间面对恋爱，首先要摆正好自己的心态，树立自尊、自爱、自强、自重应有的品格，千万不要盲目地追求爱，也不宜过急追求爱，要分清自己的条件是否成熟。要树立正确的恋爱观，明确大学的目的，以学习为第一；规划好大学计划，在不影响学习的条件下，要对恋爱认真，专一，相互鼓励，相互学习，共同进步；认真对待恋爱观，做健康的恋爱；总之，我们大学生要树立正确的恋爱观念，让大学的爱情成为青春记忆里最美的风景，而不是终身的遗憾！
