GDI汽油機(jī)缸內(nèi)湍流建模方法的對(duì)比研究

GDI汽油機(jī)缸內(nèi)湍流建模方法的對(duì)比研究

控制汽油機(jī)缸內(nèi)燃油-空氣的混合過程是汽油機(jī)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。采用汽油缸內(nèi)直噴（GDI）技術(shù)的GDI汽油機(jī)具有良好的冷起動(dòng)性能、較小的爆震趨勢和較高的整體效率，因而得到了廣泛應(yīng)用。基于計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）軟件能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)GDI汽油機(jī)的進(jìn)一步優(yōu)化，并能縮短GDI汽油機(jī)的開發(fā)周期。使用CFD軟件建立模擬缸內(nèi)燃油-空氣混合過程的湍流流動(dòng)仿真模型，尤其是建立能夠反映羽流（一種流體在另一種流體中的移動(dòng)）作用和碰撞的湍流流動(dòng)仿真模型。常用的湍流模型建模方法為阿貢國家試驗(yàn)室開發(fā)的大渦模擬（LES）方法和米蘭理工大學(xué)開發(fā)的雷諾平均（RANS）方法。

對(duì)這兩種建模方法的性能進(jìn)行對(duì)比時(shí)，以一臺(tái)GDI汽油機(jī)運(yùn)行為例。設(shè)定的GDI汽油機(jī)采用8孔噴油器，噴油孔直徑設(shè)定為0.165mm，燃油噴射量設(shè)定為10mg，噴射壓力設(shè)定為20MPa，燃油溫度設(shè)定為90℃，燃油噴射持續(xù)時(shí)間設(shè)定為0.78ms。采用CFD軟件Converge利用LES方法和CFD軟件OpenFOAM+Lib-ICE利用RANS方法分別對(duì)設(shè)定的GDI柴油機(jī)進(jìn)行模擬。為了對(duì)兩種建模方法進(jìn)行對(duì)比，同樣，進(jìn)行相同設(shè)定參數(shù)下的GDI汽油機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)。臺(tái)架試驗(yàn)時(shí)，借助互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）相機(jī)，利用高速（100kHz）粒子圖像測速（PIV）技術(shù)對(duì)GDI汽油機(jī)缸內(nèi)燃油-空氣的混合過程進(jìn)行示蹤分析，得到缸內(nèi)燃油-空氣混合隨時(shí)間的演化過程。將CFD軟件的分析結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，LES方法建立的湍流模型具有較高的精度，且能模擬缸壁附近出現(xiàn)的湍流，但其對(duì)計(jì)算時(shí)間的要求較高。

Panos Sphicas etal.SAE 2017-01-0837.

編譯：陳丁躍