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【摘要】进气道是发动机的要紧的组成部件，其构造数据的设计和安装方法不但影响发动机的充气作用和每个缸的进气匀称，而且影响到油耗和排放，和对发动机的使用寿命和噪声同样的影响。运用流体学理论和气体动力学原理，对进气道预设计，对进气道的构造方式改善，获得有关外接管、共振箱和进气管等最优化的结构参数值。

【关键词】进气道 流体学 优化

1.引言

汽车发动机的工作过程比较复杂，其中燃油供给和空气供给所需要的混合比，是影响汽车发动机燃烧情况的直接因素，它影响汽车的经济性和排放性，其中还牵涉到燃油喷射、气缸燃烧、壁面传热、摩擦消耗和化学反应等多过程，用实验来评价然后根据累积经验对设计进行反复修改得到优化的方法，周期长，也有一定局限性，而且所得结果特征的是宏观特性。由于科学技术的迅速发展，电子技术在发动机中获得使用，发动机运作过程的数值仿真成为探究者时常用的手段。设计人员通过对发动机工作过程的仿真模型，可以在研究时，结合多中因素进行解析，通过模型的仿真计算结果分析，确定所设计的优缺点。同时对流体运动、燃油喷射和燃烧室等多方因素寻求最优匹配，对发动机的性能和排放进行预测和分析，对原机型进行改善、设计方案、性能问题诊断等方面，用发动机工作过程仿真模型代替传统实验，可以更好的降低所需费用，提高生产效率，加快研发进度，从而推进发动机行业更快更好地发展。

2 进气道设计的方法

内燃机的进气气流的状态研究，主要集中在两个方向：一是重复模拟计算，从而引入进气、增压系统实验，改进和抬高内燃机的综合性能;二是使用压力曲线的流动特征开发和建立新的装配和体系，增进内燃机的发展，最明显的例子，是研究出使用压力运输能量的冲击得增压系统、调理增压系统并且将排气压力曲线能量快速传输新鲜气体的气波增压装配。

利用进气道稳流实验与和CFD 仿真计算相结合的方式，得出进气道布局对流量系数的影响因素。对于现在的研究应用水准，直接套用大型流体计算软件将不能彻底的做完实际发动机进排气道的设计。运用 CFD多维数值模拟和实验的方法，成为了发动机进气道研究的主流。

3  进气道流动的研究方法

进气道和排气道是发动机要紧的组成部件，缸内气体的流动情况和气道设计是否合适，会影响内燃机动力性能和工作合理性。由于各个研究的提高和发动机质量的不断加强，人们更加需要知道进气道里气体流动的准确状态，很多研究方式由此发现，因为计算机技术的高速发展，内燃机进气道内气体流动有了更开阔的发展。

内燃机气道的气体流动的设计方方式分为实验设计与数值模拟设计两大类。气道里的气体状态的实验设计方式主要有热线风速测仪法、激光多普勒测速法、热线探针法和气道稳流试验台法。现在使用气道稳流试验台研究和活动特征的宏观测量方式在全世界的研究和企业单位都得到了普遍的运用。试验研究方法有丈量容易、花费低和适合于大量检验等特征，为气道活动数据模拟给了边界条件和验证方法。

4.CFD软件介绍

CFD 是流体力学的研究方式，它增进了理论剖析方式和试验研究的提高。一方面是真正问题的需要促进了 CFD 的进步，另一方面是计算机技术的迅速发展，使 CFD 成为一门单独的学科。计算流体力学是一个复杂的学科，联系到了流体力学、计算机科学、科学可视化等多種学科。CFD又促进了这些学科。CFD 在发动机里的使用重要的是缸内气体活动、喷雾燃烧、排放物预测等方面的性能剖析和气道、冷却水套、废气涡轮增压器叶轮和蜗壳、消声器、NOX催化器等部件的设计与改进。CFD 不单用于一些物理问题的机理，而且经常用于研究新的物理现象。在计算流体力学领域，随着计算机内存的加多和计算速度的提升而扩大，同时解决流体力学问题的深度和范围也在不断扩大。

5.利用CFD软件进行优化设计

进气道构造是影响进气在缸内涡流强度的主要因素， 其包含气道内角、外角、仰角及喉口截面形状等。汽油机的优化设计是把气门座圈进行多次倒角，原来的造型中气门座圈只进行了一次45°的倒角，优化设计将座圈的倒角改为三次，分别在之前倒角产生的两个角进行再次倒角。这样气门座圈相对来说更加平缓。下面的表格一为优化前后各个气门升程流量系数的对比情况。

6.结论

可以发现，优化前后流量系数随气门升程的变化趋势是大体一致的，但是每个气门升程的流量系数都是优化后的明显高于优化之前。这也证明了气门座圈处的设计对于流体在缸内的流动及流量系数有较大影响，所以，在加工允许的情况下，应尽量保证气门座圈处的倒角平滑提高汽油机进气流量系数。

参考文献：

[1]史绍熙，苏万华，内燃机燃烧研究中的几个前沿问题，《内燃机学报》，1990年第 8 期.

[2]常思勤，现代设计方法在螺旋进气道设计中的应用[M].

[3]张廷芳，计算流体力学[M]，大连理工大学出版社，1992.

[4]袁俊，并行计算流体力学的研究与应用[M]，上海超级计算中心.