摘 要

汽车行驶过程中，发动机性能的好坏起着至关重要的作用。而且环境和能源问题越来越严峻，改进发动机技术势在必行。有研究表明，进气道的好坏直接影响发动机整体性能。

在本次发动机进气过程流场模拟分析中，主要做了以下工作：利用三维建模软件Creo对缸径为108mm的某型汽油机的进气道、进气门、气门座圈、气缸进行建模并装配，使之符合流体分析软件FLUENT的使用要求。利用ICEM网格划分模块对实体模型进行计算域网格划分，并优化气门座圈与进气道的结合部分的网格，使最终的网格具有较高的质量，保证数值模拟的准确度。通过FLUENT计算及CFD-POST后处理分析，得到气体运动的速度场及压力场等参数，为相关产品的设计提供理论依据。

通过比较气道形状、两气道间夹角、气门升程三个变量下各参数的变化情况，有以下结论：设计进气道时，尽量不出现较大拐角；汽油机双进气道间不应出现较大夹角；较大升程时应保证两气门间留有一定的间隙；设计凸轮轴型线时，应保证气门开启时间短，可在最大升程时停留较长时间。

关键词：汽油机；进气道；CFD；数值模拟

Abstract

The engine performance plays a vital role during the driving process and environmental and energy issues are becoming more and more serious, improving the engine technology is imperative. Studies have shown that the inlet directly affects the overall performance of the engine.

In this simulation process, the main work of this paper is as follows: building models of inlet, intake valve, valve seat, and cylinder and then assembling them, which are parts of the 108mm diameter gasoline engine, using the three-dimensional modeling software Creo. The model must be perfectly accepted by the CFD software FLUENT, The ICEM meshing module is used to measure off the mesh of the geometry model, and optimize the grid of the combination of the valve seat and the inlet; make the final grid has a high quality, to ensure the accuracy of the simulation. Use the FLUENT to simulate the intake process and then analyze the gas velocity and pressure field parameters by using the CFD-POST, which provide the theoretical basis for the design of related products.

By comparing the shape of inlet, the angle between the two inlets, the valve lifts. Get the following conclusions: the design of the inlet must avoid a large turning; a large angle between the two inlets should not exist; there is a certain gap between the two valves when the lift is almost full; while design the camshaft line, we need to insure the valve movement is fast to reach the maximum, and stay a little longer at the maximum lift.

Key words: gasoline engine; intake port; CFD; numerical simulation

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2发动机CFD数值模拟的意义 1

1.3 国内外研究现状 2

1.3.1 国外研究现状 2

1.3.2 国内研究现状 3

1.4 本文主要研究内容 4

第2章 进气道CFD数值模拟理论基础 5

2.1 概论 5

2.2 流体力学基本控制方程 5

2.2.1 能量守恒方程 5

2.2.2 质量守恒方程 6

2.2.3 动量守恒方程（N-S方程） 7

2.3气道评价方法 7

2.4 软件简介 8

2.5 本章小结 8

第3章 进气道—气缸模型的建立及计算 9

3.1 概论 9

3.2 几何模型的建立 9

3.3 网格的划分 15

3.4 边界条件及计算 18

3.5 本章小结 19

第4章 进气道稳态流动数值模拟及分析 20

4.1 不同进气道形状的分析 20

4.1.1 压力场 20

4.1.2 速度场 22

4.1.3 气流迹线 23

4.1.4质量流率和流量系数 24

4.2 不同进气道进口位置的分析 25

4.2.1 压力场 25

4.2.2 速度场 26

4.2.3 气流迹线 28

4.2.4 质量流率和流量系数 29

4.3 不同气门升程的分析 30

4.3.1 压力场 30

4.3.2 速度场 32

4.3.3 气流迹线 35

4.3.4 质量流率和流量系数 36

4.4 本章小结 37

5.总结与展望 38

5.1总结 38

5.2展望 38

参考文献 40

致 谢 42

第1章 绪论

1.1 研究背景

自1876年问世以来，经过百余年相关科研人员的不懈努力，内燃机凭借其体积小，结构紧凑，移动方便，运行维护简便等原因，一直在不断发展。如今内燃机在交通运输、轻重工业、建筑工程等领域具有不可替代的地位。不仅加速了人类文明的发展，促进了各民族间的交流；而且为各国的发展做出了卓越的贡献。重工业作为各个国家的支柱型产业，具有相当重要的政治经济地位；而汽车行业作为重工业的领头产业，其对提高商业价值，拉动就业，助力经济稳步发展等方面具有重要作用，汽车行业是各经济强国的主要产业之一，也是各国重要发展对象。去年全球汽车产量达九千万辆，预计到今年底全球汽车保有量将达到13亿辆以上。由于历史因素限制，我国汽车工业较欧美国家来说诞生较迟，但是发展十分迅速，特别是在进入新千年以来，我国汽车保有量增长率每年突破10%，2010年我国汽车产销量均接近2000万辆，一举超过世界上其他国家成为最大的汽车市场；截止2016年底，全国汽车保有量达1.94亿辆，产量超过2800万辆，第一宝座难以撼动。

我国社会正处在经济快速稳步发展时期，同时随着汽车保有量的不断增加，造成了我国对化石燃料的需求快速上涨。2016年，我国全年石油累计进口数量38101万吨，累计同比增长13.56%，为近六年最高。石油作为经济发展不可或缺的资源，它的短缺给我们拉响了警报，也使我国经济的可持续发展受到威胁。不仅如此，随着汽车数量的增加，汽车尾气的排放也成了不得不重视的问题。汽车尾气中的主要污染物有CO、HC、PM、NO_x，这些物质不仅直接污染环境，伤害人体，而且与其他物质发生反应后的生成物可能造成更大的污染。主要形式有酸雨、光化学污染、臭氧层破坏等等。因此治理汽车尾气污染已经是各国不得不考虑的实际问题，改进发动机技术更是箭在弦上。