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FIRE 典型应用的分析思路和结果评估方法典型应用的分析思路和结果评估方法 典型应用的分析思路和结果评估方法典型应用的分析思路和结果评估方法 舒 红 闫小俊 （AVL 中国先进模拟技术，上海） 一．一． 前言前言 一一．． 前言前言 在长期与客户的技术交流和提供技术支持的过程中，我们认识到尽管我们提供了很多 FIRE 典型应用的算例，在培训中也介绍了相关理论背景和应用经验，但由于客户的背景参 差不齐，关注点和兴趣也各不相同，同时CFD 在发动机领域的应用涉及到很多专业知识， 对用户的要求比较高，所以我们感到有必要结合我们了解到的用户在FIRE 应用中遇到的各 种各样的问题和困难，把FIRE 几种典型应用的模拟计算思路和对结果的分析评价方法做更 系统的总结，指出一些重点和要注意的方面，供用户尤其是新用户参考。 二．二． FIRE 几种典型应用几种典型应用 二二．． 几种典型应用几种典型应用 1. 进排进排气歧管气歧管 进进排排气歧管气歧管 这是最常见的FIRE 应用之一，这种计算可根据需要分三个层次来进行。 A ）如果简单地评估各歧管的通流能力，并找出流动损失较大的区域，可只进行稳态 计算。以图1-1 为例，计算四个Case ，分别是出口1 定义为出口，其他出口定义 为壁面；仅出口2 定义为出口；仅出口3 定义为出口；仅出口4 定义为出口的情 况。这里入口条件可以是流量，出口条件给静压，由于考虑数值计算的收敛性， 当定义出口为静压时要求出口处没有回流，所以对有些模型 （如模型出口面离拐 弯段很接近，明显会有回流）可能需要将出口段延长 （可以在原模型的网格上利 用FAME 的MESH TOOLS 里的Enlarge ）Extrude 来延长出口管体网格）。对计算 结果的处理可以通过比较四个Case 的进口和出口的总压差来评估各个歧管的通流 能力，以及沿管长方向总压变化的曲线 （如图1-2）找出压力损失最大的部位，结 合对三维流场的分析提出改进结构设计的建议。 出口 1 2 3 4 入口 图1-1 进气歧管示意图 图1-2 某六缸机进气歧管两种设计方案－两种工况下 沿某一歧管长度方向总压变化曲线 B ）如需评估发动机实际运行时各缸的充气均匀性或EGR 的分布均匀性，那么应该做 瞬态计算。两种情况下的计算分析思路如下： i. 充气均匀性研究：计算模型仍以图1-1 为例，现在四个出口面都要作为出口定 义，并且进出口都要给瞬态边界条件，一般建议由一维工作过程计算软件如 BOOST 算出的相应位置的瞬态压力作为进出口边界条件。计算结果一般取一 个循环的各歧管出口的平均流量来进行比较，评价各缸充气均匀性。有研究表 明，按 A) 中介绍的稳态计算得到的充气均匀性和按这里介绍的瞬态计算得到 的结果会有较大差别，图1-3 所示的是某四缸发动机分别按稳态和瞬态方法计 算得到的各缸流量与平均值的差别，可见稳态计算的结果可能会产生误导，所 以研究充气均匀性还是要以瞬态计算为准。 图1-3 某四缸发动机充气均匀性研究结果 ii. 计算EGR 进入进气歧管后的分布均匀性：图1-4 所示的是一个带 EGR 的进气 歧管，这个计算需要定义两个入口，入口1 为新鲜 气入口，而 2 为EGR 入 口。在FIRE 的求解器里需激活 Species Transport 模型，该模型激活后，Inlet condition 定义的界面上除了通常的定义流量等的窗口，还会出现填入 EGR mass fraction 和相应的Equivalence ratio 的窗口，那么入口1 的E