基于CFD的汽车排气歧管流场分析

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内燃机与配件２０１０年第１１期

示。如果所求解的问题是瞬态问题，则可将上图的过程理解为一个时间步的计算过程．循环这一过程求解下个时间步的解１３ｊ。

２排气歧管的ＦＬＵＥＮＴ分析

本文采用的是计算流体力学中的ＦＬＵＥＮＴ软件，它是一个用于模拟和分析在复杂几何区域的流体流动与热交换问题的专用ＣＦＤ软件。它提供的非结构网格生成程序。对复杂的几何结构网格生成非常有效。可以生成的网格包括二维的三角形和四边形网格；三维的四面体、六面体及混合网格。ＦＬＵ．ＥＮＴ在此主要是用来计算排气歧管的流场问题．其计算过程是在空间上用有限体积法或其他类似方法将计算域离散成许多小的体积单元。在每个体积单元上对离散后的控制方程组进行求解。

２．１数值模拟

Ｆｌｕｅｎｔ中提供了这两种数值求解方法：分离求解法和耦合求解法。本文中采用的是分离求解法。与耦合求解法相比，它具有耗时少，节省计算资源等优点。在求解过程中，采用的湍流模型是标准模型，而离散方式（也就是插值方式）采用的是空间离散的高阶离散格式二阶迎风格式。

２－２几何模型

捷达汽车２Ｖ发动机排气歧管的结构．如图２所示。

圈２排气歧管的结构圈

通过观察分析和测量，利用ｐｒｏ／ｅ软件建立了其气体流道的三维结构模型，如图３所示。

圈３气体流道的三维模型

为了便于后面的流场分析计算，在此，将下面的四个端面从左到右依次称为排气歧管气体的支管１、２、３和４，上面的两个端面从左到右依次称为气体出口１和２。

２．３控制方程

气体流动要受物理守恒定律的支配，基本的守恒定律包括：质量守恒定律、动量守恒定律、能量守恒定律。而控制方程就是这些守恒定律的数学描述，如果用巾表示通用变量，各控制方程都可以表示成以下通用形式：

亟磐＋ｄｉｖ（ｐｕｑｂ）＝ｄｉｌ，（Ｉ＇ｇｒａｄ６）＋Ｓ。

ＵＬ

其中，“为速度，ｔ是时间，Ｐ为气体密度，ｒ为广义扩散系数，Ｓ为广义源项。各项依次为瞬态项、对流项、扩散项和源项，对于特定的方程，由、ｒ和Ｓ具有特定的形式【４ｊ。

２．４网格划分

网格是ＣＦＤ模型的几何表达形式。也是模拟与分析的载体．网格质量对ＣＦＤ计算精度和计算效率有重要影响。将模型导入ＧＡＭＢＩＴ中，它提供了多种网格单元。根据三维模型的结构，在此采用的网格单元为Ｔｅｔ／Ｈｙｂｉｒｄ（主要由四面体网格构成，在适当位置也有六面体单元）．而网格类型则为ＴＧｒｉｄ（混合网格），进行网格的自由划分，总单元数为８９２３８个。通过ＦＬＵＥＮＴ中的网格检查结果中发现最小体积是正值，保证了网格划分的合理性。

２．５边界条件

所谓边界条件，是指在求解域的边界上所求解的变量或其一阶导数虽地点及时间变化的规律。只有给定了合理边界条件的问题．才可能计算得出流场的解。常用的流动进出口边界类型包括速度、压力和质量进出口边界。

本文采用的边界条件是入Ｉ＝Ｉ为质量进１３边界。其入口流量为５００ｇ／ｓ，温度１１２３ｋ，工作压强为０Ｐａ。流动出口边界条件是与进口边界条件联合使用的，所以其出口的边界条件可设为压强０．８５Ｐａ．温度１１２３ｋ。由于排气歧管进出Ｉ＝Ｉ的温度几乎不变，所以取值相同。壁面为无滑移速度条件．采用壁面函数法。壁面函数法实际上是一组半经验的公式．用于将壁面上的物理量与湍流核心区内待求的未知量直接联系起来。其对流换热系数取为。

３计算结果分析

在计算的过程中，假设排气系统中的气体流动