基于Ansys的賽車發動機進排氣有限元分析

摘要：基于ANSYS 的CFD 的有限元仿真環境該賽車的空氣動力學特性進行了數值模擬仿真研究，得出該車體的速度云圖、質量流量曲線等，并根據模擬仿真結果對汽車的氣動造型提出一些建議，為優化汽車發動機及改善其動力學特性提供參考。

關鍵詞： Ansys 發動機 進排氣 有限元分析

1.Ansys軟件簡介

ANSYS軟件是融結構、流體、電場、磁場、聲場分析于一體的大型通用有限元分析軟件。由世界上最大的有限元分析軟件公司之一的美國ANSYS開發，它能與多數CAD軟件接口，實現數據的共享和交換，如Pro/Engineer， NASTRAN， I-DEAS， AutoCAD等， 是現代產品設計中的高級CAE工具之一。可以用來求解結構、流體、電力、電磁場及碰撞等問題。軟件主要包括三個部分：前處理模塊，分析計算模塊和后處理模塊。

2.發動機進氣分析

由于發動機為四缸機，在設計發動機進排氣時需要考慮到各缸之間的影響，因此穩態分析不能看出氣體在發動機進排氣系統中的運動狀態，需要采用瞬態分析。此次分析采用了CFX流體分析模塊

為了對發動機進氣系統的進氣能力進行評判，從而提出優化方案，需要對其進行流體仿真。在此，由于賽車在運行中常用工況為10000r/min并且為較大負荷，所以選取該工況下做瞬態仿真。仿真采用了四面體網格，邊界層為5層，如下圖1。

在10000r/min下，發動機一個循環的時間為0.012s，則可以將曲線與曲軸轉角關系轉換為曲線與時間關系。考慮到節約計算機成本，仿真了四個循環，即0.048s，時間步長為0.0004s。各缸進氣的速度云圖，如下圖2

橫坐標為曲軸轉角，坐標為質量流量（kg/s），通過速度云圖可知，當二三缸在進氣時，其湍流程度較大。因此可以增加該兩缸歧管入口處的面積，來減小渦流的產生，從而減小進氣溫度，增加進氣量。

3.發動機排氣分析

橫坐標為曲軸轉角，坐標為質量流量（kg/s）。根據速度云圖可知，排氣初段的大容積腔內湍流程度較大，對排氣有一定的不利因素，因此需要將該腔修改盡量圓滑，來保證排氣的暢通。

總結：

汽車的發動機進排氣特性直接影響著汽車的經濟性、動力性和穩定性。，在ANSYS/CFD有限元仿真環境中對所建立的模型進行了數值模擬計算并得出相關的仿真結果，為優化汽車車型及改善汽車空氣動力學特性的進一步研究提供了參考。

參考文獻：

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[3]王秀葉，耿宗亮.柴油機配氣機構的有限元動態分析及其優化設計.拖拉機與農用車2004，3：24-25.

作者簡介：龔建全（1988-，四川省渠縣人，學生，現就讀于2010級西華大學機械電子工程，主要學習和研究CAD/CAM。