一種可應(yīng)用于內(nèi)燃機(jī)瞬態(tài)仿真的動網(wǎng)格模型

孫華文， 楊麗紅， 明平劍， 張文平

(1. 國家超級計(jì)算天津中心， 天津 300457；2. 國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作天津中心， 天津 300304；3. 哈爾濱工程大學(xué)動力與能源工程學(xué)院， 黑龍江 哈爾濱 150001)

?

一種可應(yīng)用于內(nèi)燃機(jī)瞬態(tài)仿真的動網(wǎng)格模型

孫華文1， 楊麗紅2， 明平劍3， 張文平3

(1. 國家超級計(jì)算天津中心， 天津 300457；2. 國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作天津中心， 天津 300304；3. 哈爾濱工程大學(xué)動力與能源工程學(xué)院， 黑龍江 哈爾濱 150001)

提出了一種基于非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的動態(tài)層網(wǎng)格實(shí)現(xiàn)算法，結(jié)合滑移網(wǎng)格算法構(gòu)建了基于分塊滑移動態(tài)層的非結(jié)構(gòu)化內(nèi)燃機(jī)動網(wǎng)格模型，并基于TBD620柴油機(jī)建立了計(jì)算模型，所有算法都基于課題組自主研發(fā)的通用輸運(yùn)方程求解軟件實(shí)現(xiàn)。流場計(jì)算采用適用于可壓縮流場的有限體積法及SIMPLE算法。通過數(shù)值算例對所開發(fā)的滑移網(wǎng)格模型和動態(tài)層網(wǎng)格模型進(jìn)行了驗(yàn)證，最后對內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)瞬態(tài)流場進(jìn)行了仿真。計(jì)算結(jié)果表明，所發(fā)展的非結(jié)構(gòu)化動網(wǎng)格模型可應(yīng)用于內(nèi)燃機(jī)瞬態(tài)流場的仿真。

內(nèi)燃機(jī)； 滑移網(wǎng)格； 動態(tài)層算法； 數(shù)值模擬

數(shù)值模擬作為一種有效的分析設(shè)計(jì)方法已廣泛應(yīng)用于內(nèi)燃機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及性能分析中，然而現(xiàn)行的內(nèi)燃機(jī)三維仿真分析軟件大多來自國外，國內(nèi)自主研發(fā)的相對較少。內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)瞬態(tài)流場仿真的關(guān)鍵技術(shù)主要包括運(yùn)動網(wǎng)格處理、噴霧模型、燃燒及化學(xué)反應(yīng)機(jī)理以及缸內(nèi)流場數(shù)值求解方法等，其中處理好網(wǎng)格運(yùn)動是一切物理模型應(yīng)用的前提[1]。

對此國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了針對性研究。A.Velghe等[2]采用全局的網(wǎng)格重構(gòu)插值方法對內(nèi)燃機(jī)的瞬態(tài)流場進(jìn)行了仿真；D.Abouri等[3]研究了基于多面體網(wǎng)格的運(yùn)動網(wǎng)格模型并應(yīng)用于內(nèi)燃機(jī)瞬態(tài)流場的計(jì)算；國內(nèi)蔣炎坤、羅馬吉等[4]研究了帶氣口發(fā)動機(jī)的瞬態(tài)流動計(jì)算，并利用SNAPPER技術(shù)解決運(yùn)動邊界問題；劉金武等[5]基于網(wǎng)格的拆解組合給出了內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)復(fù)雜空間三維動態(tài)網(wǎng)格的生成方法；秦文瑾等[6]基于KIVA3V進(jìn)行了4 氣門直噴式汽油機(jī)缸內(nèi)湍流場多周期循環(huán)變動的大渦模擬研究，其中網(wǎng)格的運(yùn)動主要依賴于KIVA3V中的自帶模型?？傮w來說國外的內(nèi)燃機(jī)動網(wǎng)格研究相對成熟，國內(nèi)學(xué)者大多基于國外成熟算法或開源代碼進(jìn)行研究及改進(jìn)，基于自主研發(fā)軟件開發(fā)內(nèi)燃機(jī)仿真平臺研究內(nèi)燃機(jī)動網(wǎng)格的較少。

本研究基于自主研發(fā)的通用輸運(yùn)方程求解軟件[7-8]研究運(yùn)動網(wǎng)格模型的實(shí)現(xiàn)算法，提出一種基于非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的動態(tài)層網(wǎng)格實(shí)現(xiàn)算法，并針對內(nèi)燃機(jī)運(yùn)動網(wǎng)格的需求結(jié)合滑移網(wǎng)格算法提出了分塊滑移動態(tài)層內(nèi)燃機(jī)運(yùn)動網(wǎng)格模型的解決方案，開發(fā)相應(yīng)模塊，為內(nèi)燃機(jī)瞬態(tài)流場的仿真奠定基礎(chǔ)。

1 數(shù)學(xué)模型

1.1 有限體積法離散

內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)流場的各基本控制方程最后都可以寫成通用的輸運(yùn)方程形式：

(1)

方程由4個不同類型的項(xiàng)組成，依次稱為瞬態(tài)項(xiàng)、對流項(xiàng)、擴(kuò)散項(xiàng)和源項(xiàng)。其中源項(xiàng)又可以分為面積源項(xiàng)和體積源項(xiàng)。式中：φ為通用形式的場變量；Γφ為與φ相對應(yīng)的擴(kuò)散系數(shù)；SφA和SφV為與φ相對應(yīng)的面積源項(xiàng)和體積源項(xiàng)。方程離散的目的是將方程轉(zhuǎn)化成代數(shù)方程組的形式：

(2)

式中：nf為當(dāng)前研究單元的面?zhèn)€數(shù)；j代表第j個面；φc0和φcj分別為當(dāng)前所研究單元和第j個相鄰單元在方程中的變量值；ap和aj分別為方程組中當(dāng)前研究單元和第j個相鄰單元在方程中的系數(shù)；bp為方程的源項(xiàng)。

方程的離散采用基于非結(jié)構(gòu)同位網(wǎng)格單元中心的有限體積法，網(wǎng)格的形狀可以是任意形狀或者多種形狀的混合網(wǎng)格。瞬態(tài)項(xiàng)采用中心差分的隱式格式求解，對流項(xiàng)采用一階迎風(fēng)格式，擴(kuò)散項(xiàng)采用法向交叉方法。根據(jù)各項(xiàng)系數(shù)的貢獻(xiàn)，可得方程組的系數(shù)分別為

ap=apT+apC+apD=

(3)

aj=ajT+ajC+ajD=

(4)

bp=bpT+bpC+bpD=

(5)

1.2 數(shù)值求解

采用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的SIMPLE算法進(jìn)行流場求解，采用Rhie-Chow[9]插值方法處理壓力速度失耦問題，通過動量方程預(yù)測流場，再根據(jù)壓力修正方程結(jié)果對壓力場、速度場和單元面流量進(jìn)行修正。適用于任意多面體網(wǎng)格及移動網(wǎng)格，可求解可壓及不可壓流動?；赟IMPLE算法求解包含移動邊界流場的基本流程見圖 1。

2 運(yùn)動網(wǎng)格算法

2.1 滑移網(wǎng)格算法

由于網(wǎng)格區(qū)域間的滑移將會產(chǎn)生滑移面上網(wǎng)格間對應(yīng)關(guān)系的不匹配(見圖 2)，要想知道網(wǎng)格間的對應(yīng)關(guān)系，就要進(jìn)行網(wǎng)格單元面之間的相交判斷，本研究采用AABB(Axis Aligned Bounding Box)算法[10]進(jìn)行計(jì)算。下面以二維情況為例說明AABB算法的基本原理。

二維時網(wǎng)格的單元面為線段，圖3示出兩相交單元，其中線段AB及線段CD需要進(jìn)行相交判斷，并假設(shè)線段AB為主要邊界上單元面。AABB方法主要是采用建立包圍盒來包圍所需判斷單元面，二維時包圍盒為四邊形，圖4中的四邊形1及四邊形2分別為線段AB及線段CD的包圍盒，由于包圍盒的四邊分別與坐標(biāo)軸平行，因而只需存儲四邊形中兩個節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)便可以確定此包圍盒。為方便后續(xù)比較，采用存儲XY坐標(biāo)均最小的點(diǎn)及XY坐標(biāo)均最大的點(diǎn)的坐標(biāo)來確定包圍盒，計(jì)算得到擴(kuò)展包圍盒BOX后，通過比較BOX與BOX_CD的最大最小點(diǎn)坐標(biāo)來判斷BOX是否包含BOX_CD，如果包含則表明單元面AB與單元面CD相交。由此便完成了AABB算法的二維單元面相交判斷，該方法同樣也可以應(yīng)用于三維情況。

通過對兩個不匹配邊界的單元面進(jìn)行循環(huán)便可得到不匹配邊界上網(wǎng)格的對應(yīng)關(guān)系，形成新的內(nèi)部單元面，具體流程見圖5。

2.2 動態(tài)層網(wǎng)格模型

動態(tài)層模型是利用增加或刪減網(wǎng)格層來適應(yīng)邊界的運(yùn)動，該方法對網(wǎng)格的劃分及邊界的運(yùn)動形式要求較高，邊界運(yùn)動主要為往復(fù)式直線運(yùn)動，網(wǎng)格需要在動邊界運(yùn)動方向上分層，因而常用于結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，也稱為層動網(wǎng)格。對于非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格存在網(wǎng)格間拓?fù)洳灰?guī)則的問題，主要通過網(wǎng)格層間的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行網(wǎng)格層的查找、增加及刪減。

自主軟件讀入網(wǎng)格文件后，非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格間的基本拓?fù)潢P(guān)系便為已知信息，包括單元面兩側(cè)單元序號、構(gòu)成單元的單元面序號等，且節(jié)點(diǎn)在單元中均有一定的排序，存儲方式可參見文獻(xiàn)[11]。本研究網(wǎng)格動態(tài)層的分層存儲便是基于已知的非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格間的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行的，重新查找存儲形成一個結(jié)構(gòu)體數(shù)組來記錄每層網(wǎng)格的信息。如圖6網(wǎng)格含有一個層動邊界，DE,EF,GH,HI代表著單元面的序號，所形成的結(jié)構(gòu)體數(shù)組見表1。

獲得層動網(wǎng)格信息后，在邊界運(yùn)動過程中，通過網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)替換及網(wǎng)格標(biāo)記阻斷相結(jié)合的方法來滿足增減網(wǎng)格層時網(wǎng)格拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化。以圖 7中網(wǎng)格2為例，當(dāng)網(wǎng)格2由于層動邊界運(yùn)動被壓扁需要刪除時，只需將節(jié)點(diǎn)E及節(jié)點(diǎn)F的坐標(biāo)分別賦給節(jié)點(diǎn)C和節(jié)點(diǎn)D，節(jié)點(diǎn)E及節(jié)點(diǎn)F的坐標(biāo)恢復(fù)初始位置，之后將網(wǎng)格2標(biāo)記為無效單元便完成網(wǎng)格2的刪除，這樣遍歷層動邊界上的網(wǎng)格便可達(dá)到網(wǎng)格層的刪除。采用網(wǎng)格層存儲算法得到的網(wǎng)格層信息中已將需要相互替換節(jié)點(diǎn)的單元面查找出并將節(jié)點(diǎn)排序一一對應(yīng)，因此在網(wǎng)格刪除及添加時直接替換即可。這種方法不需要網(wǎng)格及網(wǎng)格面的重新排序，整個過程網(wǎng)格結(jié)構(gòu)不發(fā)生改變，且可以處理包含多個層動邊界的情況。增加網(wǎng)格層時同上。所采用增加或刪減網(wǎng)格層的判據(jù)為給定一個(0,1)之間的系數(shù)a，當(dāng)層動邊界網(wǎng)格高h(yuǎn)(1+a)·h0時進(jìn)行網(wǎng)格層的增加。

2.3 三維內(nèi)燃機(jī)運(yùn)動網(wǎng)格模型

以TBD620柴油機(jī)為例，帶有進(jìn)排氣道的缸內(nèi)流場模型見圖8，其中左側(cè)氣閥為進(jìn)行閥，右側(cè)氣閥為排氣閥，且均處于全開狀態(tài)，其中心截面見圖9。

圖10中區(qū)域劃分依據(jù)分塊滑移動態(tài)層法的需要進(jìn)行，其中區(qū)域1，2，3，4，7，8，11為層動區(qū)域，因而這些區(qū)域的網(wǎng)格劃分需要在層動邊界的移動方向上分層。區(qū)域1，2，3，4，7，8的下邊界均為層動邊界，上邊界為內(nèi)部邊界，即與相連區(qū)域公用此邊界；區(qū)域11的下邊界及上邊界中的氣閥下底面邊界為層動邊界。滑移邊界主要有區(qū)域11與區(qū)域1，2，7，8的連接邊界，區(qū)域7與區(qū)域5、區(qū)域8與區(qū)域6的連接邊界，區(qū)域5，6與區(qū)域10的連接邊界，區(qū)域3的左邊界，區(qū)域4的右邊界。區(qū)域3與區(qū)域5、區(qū)域4與區(qū)域6及區(qū)域11與區(qū)域12的連接邊界為靜止的不匹配邊界面。進(jìn)氣閥上表面區(qū)域5及區(qū)域6為跟隨氣閥運(yùn)動區(qū)域，這兩區(qū)域的劃分是為了適應(yīng)進(jìn)氣閥表面的形狀。

為進(jìn)一步說明，圖 11示出層動區(qū)域及滑移邊界的應(yīng)用示意圖。虛線為靜止的不匹配網(wǎng)格邊界，主要有兩個，一個是氣道區(qū)域與氣閥區(qū)域的銜接處，一個是燃燒室區(qū)域與氣缸區(qū)域的銜接處；實(shí)線為滑移邊界，主要在氣閥內(nèi)部區(qū)域及外部區(qū)域的交界處以及氣閥外部區(qū)域與氣缸區(qū)域的交界處。圖中區(qū)域2為跟隨氣閥運(yùn)動區(qū)域，區(qū)域1為適應(yīng)閥桿運(yùn)動的層動區(qū)域，區(qū)域3為適應(yīng)氣閥上表面運(yùn)動的層動區(qū)域，區(qū)域5為適應(yīng)活塞運(yùn)動的氣缸層動區(qū)域，區(qū)域4為適應(yīng)氣閥底部及活塞運(yùn)動的層動區(qū)域。

假定初始時刻活塞位于上止點(diǎn)，進(jìn)排氣閥均為關(guān)閉狀態(tài)，采用上述方法得到的不同曲軸轉(zhuǎn)角時TBD620柴油機(jī)三維網(wǎng)格模型的運(yùn)動結(jié)果見圖12，該款柴油機(jī)的基本參數(shù)見表2，活塞的運(yùn)動規(guī)律根據(jù)轉(zhuǎn)速、行程、連桿長度及曲軸轉(zhuǎn)角計(jì)算得到。

表2 TBD620柴油機(jī)基本參數(shù)

可以看到，所采用的分塊滑移動態(tài)層法可以很好地適應(yīng)TBD620柴油機(jī)工作過程中氣閥及活塞的運(yùn)動，整個過程中除運(yùn)動邊界上的網(wǎng)格需要調(diào)整外，其余網(wǎng)格均為靜止?fàn)顟B(tài)。

3 數(shù)值應(yīng)用

3.1 頂蓋驅(qū)動方腔流動

頂蓋驅(qū)動方腔流動算例是檢驗(yàn)CFD程序的標(biāo)準(zhǔn)算例，本研究采用該算例驗(yàn)證所應(yīng)用不匹配邊界面算法在層流計(jì)算時的準(zhǔn)確性。采用兩種不同的網(wǎng)格劃分形式，如圖 13所示，其中網(wǎng)格1為均勻網(wǎng)格劃分，不包含不匹配邊界面，網(wǎng)格2采用不均勻網(wǎng)格劃分，包含不匹配邊界面。圖13c為網(wǎng)格2中的實(shí)線圍成區(qū)域的放大圖，并給出了不匹配邊界處的邊界設(shè)置，其中包含兩對不匹配邊界面，分別為邊界1與邊界2，邊界1與邊界3，其中邊界1與邊界2的劃分形式相同，邊界1與邊界3劃分形式不同，存在不對應(yīng)關(guān)系。方腔邊長為1 m，采用的流體介質(zhì)為水，密度為1 000.0 kg/m3，黏性系數(shù)為1.0×10-3kg/(m·s)，上邊界速度為0.000 1 m/s，即計(jì)算雷諾數(shù)為100，邊界均為無滑移壁面邊界條件。

圖14示出采用兩種網(wǎng)格計(jì)算得到的壓力云圖分布對比?？梢钥吹剑黄ヅ溥吔缑娴拇嬖诓⑽磳Y(jié)果產(chǎn)生影響。圖15示出兩種網(wǎng)格X方向及Y方向中心線的速度分布與文獻(xiàn)[12]標(biāo)準(zhǔn)值的對比，兩種網(wǎng)格的計(jì)算結(jié)果均吻合較好，說明了本研究采用的流場求解方法及不匹配邊界面算法的準(zhǔn)確性，也驗(yàn)證了所開發(fā)程序的計(jì)算能力。圖16示出采用兩種網(wǎng)格計(jì)算得到的壓力殘差對比，可以看到少量的不匹配邊界面并未對殘差的總體收斂趨勢造成影響，但可以看到網(wǎng)格2的收斂還是慢于網(wǎng)格1，說明不匹配邊界面對計(jì)算的收斂產(chǎn)生了影響。

3.2 缸內(nèi)空氣壓縮膨脹過程模擬

對缸內(nèi)空氣的壓縮膨脹過程進(jìn)行模擬，取缸內(nèi)平均壓力值與理論值進(jìn)行比較。假設(shè)壓縮膨脹過程為絕熱過程，則理論壓力可由下式計(jì)算得到：

pn=εγp0。

式中：pn為當(dāng)前壓力；ε為當(dāng)前容積與初始容積的比值；γ為理想氣體絕熱指數(shù)；p0為初始壓力。

圖17、圖18分別示出本算例二維及三維初始網(wǎng)格，缸徑為170mm，高度為200mm，行程為195mm，底面邊界為運(yùn)動邊界，向頂面作周期為360°的壓縮膨脹運(yùn)動，在此算例中壓縮比為40，采用動態(tài)層網(wǎng)格模型適應(yīng)底面邊界的運(yùn)動進(jìn)行流場計(jì)算。圖19示出了計(jì)算得到的缸內(nèi)平均壓力值與理論值的對比，可以看到計(jì)算值與理論值吻合較好，從而驗(yàn)證了動態(tài)層模型與現(xiàn)有求解器結(jié)合的正確性。

3.3 二維內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)瞬態(tài)流場仿真

采用二維內(nèi)燃機(jī)運(yùn)動網(wǎng)格模型進(jìn)行TBD620柴油機(jī)瞬態(tài)流場的仿真計(jì)算。假定初始時刻(0°曲軸轉(zhuǎn)角)活塞位于存在氣閥重疊角的上止點(diǎn)，配氣定時如圖 20所示。給定進(jìn)口為速度進(jìn)口，來流速度為2 m/s，出口為壓力出口，初始時刻缸內(nèi)空氣密度為1.1 kg/m3，壓力為0.1 MPa，溫度為300 K，計(jì)算采用的曲軸轉(zhuǎn)角步長為0.5°。計(jì)算得到不同曲軸轉(zhuǎn)角下缸內(nèi)流場的流線分布(見圖21)，可以清楚地看到不同曲軸轉(zhuǎn)角下缸內(nèi)流場的分布及燃燒室內(nèi)氣相漩渦的形成過程，符合真實(shí)情況，說明了本研究所開發(fā)的非結(jié)構(gòu)內(nèi)燃機(jī)運(yùn)動網(wǎng)格模型的實(shí)用性。

4 結(jié)束語

基于自主開發(fā)的通用輸運(yùn)方程求解軟件發(fā)展了一種新的基于非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的動態(tài)層模型實(shí)現(xiàn)算法，并應(yīng)用分塊滑移動態(tài)層思想構(gòu)建了非結(jié)構(gòu)化內(nèi)燃機(jī)動網(wǎng)格模型。通過頂蓋驅(qū)動方腔流動算例和缸內(nèi)空氣壓縮膨脹過程模擬的算例驗(yàn)證了所開發(fā)滑移網(wǎng)格和層動網(wǎng)格算法下流體流動數(shù)值模擬的正確性。最后，以TBD620柴油機(jī)模型為例建立了三維內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)流場運(yùn)動網(wǎng)格模型，對二維內(nèi)燃機(jī)瞬態(tài)流場進(jìn)行了仿真，計(jì)算結(jié)果表明本研究提出的網(wǎng)格運(yùn)動模型可較好地適應(yīng)內(nèi)燃機(jī)的瞬態(tài)流場計(jì)算中邊界運(yùn)動，且可以便捷地加入到現(xiàn)有流動求解器中。

[1] 張志榮, 冉景煜, 張力浦. 內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)氣體CFD瞬態(tài)分析中動態(tài)網(wǎng)格劃分技術(shù)術(shù)[J]. 重慶大學(xué)學(xué)報(bào),2005,28(11):98-121.

[2] Velghe A, Gillet N, Bohbot J. A high efficiency parallel unstructured solver dedicated to internal combustion engine simulation[J]. Computers & Fluids，2011,45:116-121.

[3] Abouri D, Zellat M, Desoutter G, et al. Advances in combustion modeling in STAR-CD: a new technique for automatic grid and mesh motion generation applied to Diesel combustion and Emissions analysis[C]//19th International Multidimensional Engine User’s Meeting at the SAE Congress. Detroit：SAE，2009.

[4] 蔣炎坤, 李仁旺, 羅馬吉，等. 發(fā)動機(jī)瞬態(tài)數(shù)值模擬中氣口網(wǎng)格生成技術(shù)研究[J]. 華中科技大學(xué)學(xué)報(bào),2001,29(5):14-16.

[5] 劉金武, 龔金科, 鐘志華，等. 內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)復(fù)雜空間三維動態(tài)網(wǎng)格生成技術(shù)[J]. 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào)，2006,18(4):488-492.

[6] 秦文瑾, 解茂昭, 賈明，等. 4氣門直噴式汽油機(jī)缸內(nèi)湍流場多周期循環(huán)變動的大渦模擬[J]. Journal of internal combustion engine，2012,30(3):234-240.

[7] 明平劍. 基于非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格氣液兩相流數(shù)值方法及并行計(jì)算研究與軟件開發(fā)[D]. 哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)，2008.

[8] 雷國東. 非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格FVM在復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)的湍流反應(yīng)流計(jì)算中的應(yīng)用研究[D]. 哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)，2008.

[9] Rhie C M, Chow W L. Numerical Study of the Turbulence Flow Past an Airfoil with Trailing Edge Separation[J]. AIAA Journal,1983,21(11):1525-1532.

[10] James M Van Verth, Lars M Bishop. Essential Mat-hematics for Games and Interactive Applications[M]. 2nd Edition.[S.l.]：Elsevier Inc，2008.

[11] 劉永豐. 基于非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的缸內(nèi)兩相反應(yīng)流數(shù)值模擬方法研究及軟件開發(fā)[D]. 哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)，2013.

[12] Ghia U, Ghia K N, Shin C T. High Resolutions for Incompressible Flow Using the Navier-Stokes Equations and a Multigrid Method[J]. Journal of Computational Physics，1982,48:387-411.

[編輯： 潘麗麗]

Dynamic Mesh Model Applied to ICE Transient Simulation

SUN Huawen1， YANG Lihong2， MING Pingjian3， ZHANG Wenping3

(1. National Supercomputer Center in Tianjin， Tianjin 300457， China；2. Patent Examination Cooperation Tianjin Center of The Patent Office， Tianjin 300304， China；3. College of Power and Energy Engineering， Harbin Engineering University， Harbin 150001， China)

A new dynamic layer mesh algorithm based on unstructured mesh was introduced and the dynamic mesh model of internal combustion engine(ICE) was built by combining the sliding mesh algorithm based on the sliding dynamic layer. The calculation model of TBD620 diesel engine was further established and all the referred algorithms were realized through the self-developed general transport equation solver. The finite volume method and SIMPLE algorithm for the compressible fluid were utilized in the simulation. Moreover, the sliding mesh model and dynamic layer mesh model were verified through the numerical examples and finally the in-cylinder transient flow field of ICE was simulated. The results show that the introduced dynamic mesh method can realize the transient flow field simulation of ICE.

internal combustion engine(ICE)； sliding mesh； dynamic layer algorithm； numerical simulation

2015-12-14；

2016-03-21

孫華文(1988—)，男，碩士，研究方向?yàn)橛?jì)算流體力學(xué)；sun_hua_wen@126.com。

10.3969/j.issn.1001-2222.2016.04.002

TK432

B

1001-2222(2016)04-0007-07