燃燒室形狀為凹腔的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的熱湍流數(shù)值分析
作者: Horng-Wen Wu , Shiang-Wuu Perng
機(jī)械內(nèi)燃機(jī)部門,臺(tái)灣國際成功大學(xué),701，臺(tái)灣ROC
摘要
燃燒室形狀為凹腔的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的熱湍流數(shù)值分析已經(jīng)被大量的運(yùn)用在大渦旋轉(zhuǎn)模擬中,這種方法就是simple-c算法外加預(yù)條件共軛梯度方法,發(fā)動(dòng)機(jī)各種運(yùn)行功況的改變主要就是改變壓縮比,(比如壓縮比為6.8,8.7和10.6) 和初始渦流比（為1.325，5.3，9.5 ）。在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速900 r/min時(shí),究結(jié)果表明在進(jìn)氣和排氣閥門都關(guān)閉時(shí)提高壓縮比或初始渦流比，明顯使得徑向流和旋轉(zhuǎn)流（渦流）更強(qiáng)同時(shí)也提高氣缸壁邊界的表面熱流量。此外，通過改變壓縮比或初始渦流比可以對燃燒室中角動(dòng)量的衰退進(jìn)行分析。
關(guān)鍵詞：數(shù)值分析；湍流熱流量；凹陷活塞；燃燒室
1引言
往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)中這種現(xiàn)象是非常復(fù)雜的, 復(fù)雜的幾何形狀的燃燒室中許多物理和化學(xué)反應(yīng)發(fā)生且相互作用,對混合氣的形成、缸體的傳熱和發(fā)動(dòng)機(jī)性能的改善起到重要的作用。此，對設(shè)計(jì)師能否預(yù)測在工質(zhì)與燃燒室壁之間傳熱量的多少非常重要，有許多參數(shù)影響發(fā)動(dòng)機(jī)工質(zhì)與內(nèi)壁之間的熱傳遞速度。如發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，負(fù)荷，發(fā)動(dòng)機(jī)本身的材料,初始渦流比，壓縮比，湍流傳導(dǎo)，燃燒室的幾何形狀【1】【2】【3】?，F(xiàn)有幾項(xiàng)研究用數(shù)值分析的方法預(yù)測燃燒室中活塞上流體的流動(dòng)情況和熱傳導(dǎo)速率【4】【5】,大多數(shù)研究員相信燃燒室的形狀會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)性能，但很少有人研究過擠壓和渦流的運(yùn)動(dòng)對缸體傳熱的影響。本文的目的是要定性認(rèn)識(shí)在進(jìn)氣和排氣閥都關(guān)閉時(shí)壓縮比和初始渦流比對氣體運(yùn)動(dòng)、渦流運(yùn)動(dòng)和燃燒室中瞬態(tài)傳熱率的影響。此外，研究氣缸中渦流效應(yīng)的衰減是為了提高燃料和氣體在燃燒室中混合質(zhì)量。研究通過對活塞運(yùn)用simple-c算法【6】和大量的渦流模擬【7】說明了瞬態(tài)湍流傳熱是由于有多種渦流和擠壓產(chǎn)生。二階歐拉（SBE）的方法【8】是一種為實(shí)施在離散短暫的任期內(nèi)消除穩(wěn)定性的限制并延長線性迎風(fēng)差分（elud）方法【9】（thirdorder 計(jì)劃）。它能離散對流條件以避免嚴(yán)重振蕩。此外，基于預(yù)條件共軛梯度法【10】【11】的迭代求解方法已被納入解決進(jìn)程二階時(shí)間推進(jìn)。網(wǎng)格生成和時(shí)間獨(dú)立的網(wǎng)格系統(tǒng)【12】是用于興建一屬于該移動(dòng)邊界的本地計(jì)算區(qū)域（移動(dòng)活塞）使之獲得更快的收斂，所以該方法比傳統(tǒng)方法在各個(gè)曲軸轉(zhuǎn)角系統(tǒng)用單一網(wǎng)格省了較多的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)空間和運(yùn)算時(shí)間。這項(xiàng)研究的結(jié)果可能使工程師致力于改進(jìn)熱燃燒室中的熱流起作用。