GDI汽油機缸內湍流建模方法的對比研究

GDI汽油機缸內湍流建模方法的對比研究

控制汽油機缸內燃油-空氣的混合過程是汽油機設計的關鍵。采用汽油缸內直噴（GDI）技術的GDI汽油機具有良好的冷起動性能、較小的爆震趨勢和較高的整體效率，因而得到了廣泛應用。基于計算流體動力學（CFD）軟件能夠實現對GDI汽油機的進一步優化，并能縮短GDI汽油機的開發周期。使用CFD軟件建立模擬缸內燃油-空氣混合過程的湍流流動仿真模型，尤其是建立能夠反映羽流（一種流體在另一種流體中的移動）作用和碰撞的湍流流動仿真模型。常用的湍流模型建模方法為阿貢國家試驗室開發的大渦模擬（LES）方法和米蘭理工大學開發的雷諾平均（RANS）方法。

對這兩種建模方法的性能進行對比時，以一臺GDI汽油機運行為例。設定的GDI汽油機采用8孔噴油器，噴油孔直徑設定為0.165mm，燃油噴射量設定為10mg，噴射壓力設定為20MPa，燃油溫度設定為90℃，燃油噴射持續時間設定為0.78ms。采用CFD軟件Converge利用LES方法和CFD軟件OpenFOAM+Lib-ICE利用RANS方法分別對設定的GDI柴油機進行模擬。為了對兩種建模方法進行對比，同樣，進行相同設定參數下的GDI汽油機臺架試驗。臺架試驗時，借助互補金屬氧化物半導體（CMOS）相機，利用高速（100kHz）粒子圖像測速（PIV）技術對GDI汽油機缸內燃油-空氣的混合過程進行示蹤分析，得到缸內燃油-空氣混合隨時間的演化過程。將CFD軟件的分析結果與試驗結果進行對比發現，LES方法建立的湍流模型具有較高的精度，且能模擬缸壁附近出現的湍流，但其對計算時間的要求較高。

Panos Sphicas etal.SAE 2017-01-0837.

編譯：陳丁躍