汽车进排气系统仿真方案

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1. 研究背景及所面临的技术挑战

进排气系统的作用是在内燃机工作时，不断地将洁净的新鲜空气或可燃混合气输送进气缸，又将燃烧后的废气送到大气中，保证内燃机连续运转。
进排气系统包括空气滤清器、进排气道、进气歧管、排气歧管、排气消声器、增压系统和一些机外净化附件与装置等。
进排气系统对发动机的充气效率和换气损失有重要影响，进而影响发动机的动力性和经济性。在进气过程中由进气道进入气缸的空气量和气体速度分布及其涡流和湍流状态等对缸内燃烧有着直接的影响；而排气过程中如果流动阻力过大，气缸压力下降缓慢，排气不畅，活塞在向上止点运动强制排气时，将大大增加排气冲程消耗的活塞推出功，造成发动机的性能下降；进气岐管的结构显著影响着气缸内的充气系数，且影响着各缸之间进气的均匀性，从而造成各缸工作状态的差别，引起发动机工作不平稳；排气歧管的设计不仅影响整机的通流能力与各缸工作均匀性，同时它也是气流噪声的主要来源之一，对于涡轮增压发动机来讲，排气歧管的结构更是影响着废气能量的利用，提高排气歧管内能量传递效率是改善发动机性能的有效方式。

进排气系统分析通常面临如下的技术挑战：几何结构较为复杂，零部件众多，一些重要部件的特征尺度变化剧烈，对网格生成工具有着比较高的要求；进排气系统内的气流流动复杂，局部流动速度非常快；进排气系统内的温度有剧烈的变化。

2. ANSYS CFD技术优势

ANSYS FLUENT网格前处理模块可选TGrid或ICEM CFD，两款软件在生成网格时都拥有丰富的控制参数可以调节，可以严格控制边界层网格的层数和每一层的厚度，具有完善的局部网格细化功能，可以为进排气系统生成高质量的体网格。
FLUENT拥有商业CFD软件中最为丰富的湍流模型，包含S-A、Standard k-e、RNG k-e、Realizable k-e、Standard k-omega、SST k-omega、Reynolds Stress、SAS、DES、LES等，FLUENT提供的标准壁面函数、非平衡壁面函数以及加强壁面处理的方法可以很好地处理壁面附近的流动问题。
FLUENT拥有丰富的求解器类型，包括基于压力的分离求解器、基于压力的耦合求解器、基于密度的耦合求解器，提供了从低速到高速整个范围内的稳健求解能力。

3. 案例展示：Evernham Motorsports的进气优化分析

Evernham Motorsports使用ANSYS Workbench的参数化建模功能，完成了从CATIA几何导入，到ANSYS Meshing网格划分，到FLUENT计算求解，再到设计优化的分析过程。

CAD几何和计算网格

不同阀门开度下的进气体积流量结果

不同进气压比下的质量流量结果

以最大有效流通面积（Effective Flow Area (EFA）为目标的优化结果