摘 要

在内燃机的工作过程中，缸内气体的流动占有十分重要的地位。因此，柴油机缸内的气流运动对发动机的整机性能有着重大的影响，同时也是减少排放，降低燃油消耗和工作噪音的决定性因素。多维数值模拟方法因具有模拟周期短、费用成本低、给出的信息量大，又能充分反应出几何形状的影响等优势，被广泛地应用于内燃机气体流动方面的研究。

本文借助计算流体力学软件FLUENT对重庆红岩内燃机责任有限公司6250四冲程船用中速柴油机的缸内流场进行了三维数值模拟。在特定的初始条件和边界条件下，以CFD(计算流体力学)模拟计算为核心，以FLUENT软件为工作平台，求解从下止点到活塞上行至上止点附近的过程。并采用动网格技术，利用网格重构来实现网格的挤压或拉伸变形，来模拟到活塞运动时缸体内流动的运动情况。

在完成对6250型柴油机缸内的瞬态流场的数值模拟之后，比较了在不同曲轴转角时，缸内气流运动的速度矢量图。模拟结果表明：可以利用FLUENT对柴油机缸内气体流场进行三维模拟计算。并表明了在压缩过程的前期，靠近运动活塞表面附近以及气缸盖下表面附近的气流运动的速度值相对较大。以及在压缩过程的前、中期，随着活塞向上运动，缸内气体有向上的总体运动趋势，气流的速度也随之上升，但在后期气流的速度逐渐减小。

关键词：柴油机；三维模拟；湍流；流场

Abstract

In the working process of internal combustion engine, the flow of gas in the cylinder occupies a very important position. As a result, the flow of gas in the cylinder of diesel engine has great influence on the performance of engine. At the same time, it is the decisive factor to reduce the emission and reduce the fuel consumption and working noise. Multi-dimensional numerical simulation method have many advantages, such as, simulation cycle is short, low cost, given the large amount of information and fully reflect the influence of geometry etc. So it is more and more widely used in the research on gas flow of internal combustion engine.

The research have the aid of computational fluid dynamics software FLUENT to complete three-dimensional numerical simulation for gas flow in cylinder of 6250 type four stroke marine medium speed diesel engine that was made by Chongqing Hongyan internal combustion engine Co., Ltd. Under the specific initial conditions and boundary conditions, with CFD (Computational Fluid Dynamics) simulation as the core, and with FLUENT software as working platform to solve the process from BDC to TDC. In addition, with the technology of dynamic mesh to realize the extrusion or stretching of the grid and to simulate the flow field in the cylinder when the piston moves.

After the numerical simulation of the transient flow field in the cylinder of the 6250 type diesel engine, compared the velocity vector picture of gas flow in cylinder of different crank angle. The results simulation show that FLUENT can used to simulate the gas flow field in the cylinder of diesel engine. It shows that the velocity of gas flow near the surface of the moving piston and the lower surfaces of the cylinder head is relatively large in the early stage of the compression process. With the upward movement of the piston, the gas in the cylinder has upward trend, and the velocity of the gas stream increased in the early and middle stage of compression process, but the velocity of the gas stream decreases gradually in the later stage.

Key Words：diesel engine；three dimensional simulation；turbulence；flow field

目 录

摘 要 I

Abstract II

目 录 III

第1章 绪论 1

1.1 论文研究的目的和意义 1

1.2 国内外柴油机缸内流场多维模拟的研究现状分析 2

1.3 本文研究的主要内容 4

1.4 本章小结 5

第2章 缸内流场模拟方法及模型 6

2.1 计算流体动力学（ＣＦＤ）概述 6

2.2 模拟计算中的数学模型 7

2.2.1 连续性方程 7

2.2.2 动量守恒方程 7

2.2.3 能量守恒方程 8

2.2.4 理想气体状态方程 8

2.3 湍流模型 8

2.4 本章小结 9

第3章 基于FLUENT缸内气体流场的三维模拟计算 10

3.1 FLUENT的简介 10

3.1.1 FLUENT流场计算方法 11

3.1.2 动网格技术的概述 12

3.2 几何模型的建立 13

3.3 网格生成 15

3.3.1 GAMBIT软件简介 15

3.3.2 网格生成技术的概述 15

3.3.3 网格的划分 17

3.3.4 边界条件的设定 18

3.4 动网格处理 21

3.5 缸内气体流场的模拟计算 27

3.6 本章小结 29

第4章 模拟计算结果 30

4.1 模拟计算结果 30

4.2 本章小结 33

第5章 全文总结 34

致 谢 35

参考文献 36

绪论

论文研究的目的和意义

随着现代科技的发展，内燃机已经成为了一种重要的动力设备，但内燃机所消耗的燃料可以占全球所消耗石油燃料总量的60%，同时也是目前人类最大的环境污染源之一，而且，现在各个行业对内燃机各个方面的性能的要求也在不断提高，因此，内燃机技术朝着动力性好，经济性优的方向发展，而影响这些性能的因素有很多，其中内燃机的内流系统就是众多因素中影响十分重要的因素。

比如，对于高速柴油机来说，其给燃烧燃烧过程所提供的空间其实很小，而且其燃烧过程所持续的时间很短，大概就只有2--5ms，所以，对其燃烧过程的条件要求是非常高的.据；而其中进气流动对其油气混合过程及燃烧过程有很大的影响，以及缸内的涡流对于增强油气混合的速率，缩短滞燃期，改善燃烧有很大的帮助。