【AICFD教程】5分钟学会发动机进气歧管内流场仿真

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1. 案例背景

进气歧管的四个支路连接汽车发动机的四个缸,每个缸轮流进气,如果四个出口依次单独打开时,进出口压降基本一致,则代表进气均匀。本案将以某个出口打开为例,计算流量为0.07kg/s时的进出口压降。

本案例需要的输入文件和参数信息如下表:

几何文件 Manifold.stl
网格类型 整体网格为非结构网格,网格数量157万
介质 25℃空气
湍流模型 SST k-omega
边界条件 入口流量:0.07 kg/s出口静压:0 Pa
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图1 网格模型

2. 网格处理

2.1 新建工程

a. 启动AICFD 2024R1

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图2 AICFD窗口

b. 选择 文件>新建,新建工程,选择工程文件路径,设置工程文件名,点击“确定”。

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图3 新建工程

2.2 网格划分

a. 单击菜单栏 几何> 导入几何 ,导入外部生成的几何文件;(点击下载模型文件

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图4 网格导入

b. 单击菜单栏 网格> 全局尺寸 ,设置网格划分相关的全局尺寸;

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图5 全局尺寸

c. 进行边界层网格加密。单击菜单栏 网格> 边界层 ,设置网格划分相关的边界层,对象选择壁面wall,首层高度设为0.0005米,其余默认;

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图6 边界层网格

d. 单击菜单栏 网格> 创建体网格,完成网格划分;

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图7 网格创建

e. 生成后做剖面,单击网格> 网格切面,选择X-Y平面,壁面附近加密的边界层网格如图所示。

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图8 查看剖面

3. 求解设置

3.1 前前处理

a. 分别点击视口区上方 前前处理 页签与视口区 开始,进入前前处理模块;

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图9 进入前前处理模块

b. 系统弹出 前前处理设置 面板,首先进行 物理现象 的基本问答;问题1.1 为“仿真场景中流体的数量”,点击问题下方的展开帮助系统;

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图10 前前处理帮助系统

c. 在问题1.1答案框中输入数值1,系统自动弹出第二个问题;

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图11 前前处理问题自动推进

d. 在后续问题中,按照如下回答,完成汽车外气动案例 物理现象 问答页面,点击 下一页 进入 湍流模型 问答页面;

问题 答案
1.1 仿真场景中流体的数量 1
1.2 流体类型 气体
1.3 气体材料 Air at 25℃
1.4 流动范围 内部
1.5 物体形状 其它复杂形状
1.6 其它复杂情况的特征长度 0.05m
1.7 是否关心流动随时间的变化情况 不关注
1.8 除流动外,是否关注下列物理现象 以上都不关注
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图12 前前处理 – 发动机进气歧管物理现象

e. 按照如下回答,完成发动机进气歧管案例 湍流模型 问答页面,点击 下一页 进入 边界条件 问答页面;

问题 答案
2.1 流体速度大概是 20m/s
2.2 是否希望精细地对近壁面流体行为进行仿真?
2.3 是否关注下列流体现象? 以上均不符合
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图13 前前处理 – 发动机进气歧管湍流模型

f. 进入 边界条件 问答页面,问题3.1与网格计算域信息关联,点击 编辑,将所有面按照帮助提示放入对应的边界类型,点击 确定

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图14 前前处理 – 编辑边界类型

g. 按照如下回答,完成发动机进气歧管案例 边界条件 问答页面,此时已完成所有问答,点击 下一页 进入 总结 页面;

问题 答案
3.2 是否存在壁面与流体间无摩擦力的情况? 不存在
3.3 是否存在运动的壁面? 不存在
3.4 壁面的粗糙度高度 默认(0)m
3.5 流速是否为给定条件?
3.6 输入流速 0.07kg/s
3.7 输入出口静压 0 Pa
3.8 入口/ 出口的湍流强度 弱(推荐)
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图15 前前处理 – 发动机进气歧管边界条件

h. 总结 页面用于展示即将写入主程序的配置信息,确认无误后点击 确定

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图16 前前处理 – 发动机进气歧管总结页面

4. 监控变量及求解计算

4.1 监控变量

双击 监控> 报告表,选择查看面积分报告中的平均压力,面选择进口,查看进出口压降值是否稳定;

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图17 监控曲线选择

4.2 求解计算

选择菜单栏 求解> 直接求解> 并行,开始计算。

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图18 运行求解器
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图19 选择求解模式

5. 后处理

5.1 监控曲线

点击监控,查看残差曲线;

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图20 残差曲线

5.2 结果查看

双击报告 > 表面积分 ,面选进口,应用,日志区就输出了表压值2080.69Pa。

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图21 统计进口压力

5.3 可视化结果

单击菜单栏 后处理 > 云图,选取位置域和变量参数压力,设置等级参数256,点击应用,读取进气歧管表面压力云图,直观地看一下压力分布情况。

该图显示的是第2个口算出的压降值,用户可自行测算单独开1口、3口、4口时进出口压降,可在边界条件调整,其余所有设置都一样,计算后如果压降基本一致,说明这个进气歧管给发动机4个缸输送气体是较均匀的。

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图22 压力云图
相关软件
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