GDI汽油机缸内湍流建模方法的对比研究

GDI汽油机缸内湍流建模方法的对比研究

控制汽油机缸内燃油-空气的混合过程是汽油机设计的关键。采用汽油缸内直喷（GDI）技术的GDI汽油机具有良好的冷起动性能、较小的爆震趋势和较高的整体效率，因而得到了广泛应用。基于计算流体动力学（CFD）软件能够实现对GDI汽油机的进一步优化，并能缩短GDI汽油机的开发周期。使用CFD软件建立模拟缸内燃油-空气混合过程的湍流流动仿真模型，尤其是建立能够反映羽流（一种流体在另一种流体中的移动）作用和碰撞的湍流流动仿真模型。常用的湍流模型建模方法为阿贡国家试验室开发的大涡模拟（LES）方法和米兰理工大学开发的雷诺平均（RANS）方法。

对这两种建模方法的性能进行对比时，以一台GDI汽油机运行为例。设定的GDI汽油机采用8孔喷油器，喷油孔直径设定为0.165mm，燃油喷射量设定为10mg，喷射压力设定为20MPa，燃油温度设定为90℃，燃油喷射持续时间设定为0.78ms。采用CFD软件Converge利用LES方法和CFD软件OpenFOAM+Lib-ICE利用RANS方法分别对设定的GDI柴油机进行模拟。为了对两种建模方法进行对比，同样，进行相同设定参数下的GDI汽油机台架试验。台架试验时，借助互补金属氧化物半导体（CMOS）相机，利用高速（100kHz）粒子图像测速（PIV）技术对GDI汽油机缸内燃油-空气的混合过程进行示踪分析，得到缸内燃油-空气混合随时间的演化过程。将CFD软件的分析结果与试验结果进行对比发现，LES方法建立的湍流模型具有较高的精度，且能模拟缸壁附近出现的湍流，但其对计算时间的要求较高。

Panos Sphicas etal.SAE 2017-01-0837.

编译：陈丁跃