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随着日益趋严的油耗和排放法规,缸内直喷技术已经成为现代乘用车汽油机的必备技术。在发动机的缸内工作过程和传热模拟计算中已大量采用CAE技术,而且对CAE的计算精度和效率提出了更高的要求,然而GDI汽油机的缸内流动燃烧过程是一个极其复杂的物理和化学变化过程,同时伴随着与周围零部件和冷却系统的传热,而燃烧系统壁面是缸内工作过程与传热之间耦合作用关系的桥梁,为了能够准确模拟缸内燃烧过程,准确的壁面温度分布是十分必要的,而更为准确的缸内燃烧过程输出的气侧热边界对于传热过程及温度预测也是极其有利的。本文以一台2.0TGDI汽油机为研究对象,分别在常用部分负荷工况和额定工况下,采用一种迭代方法对上述耦合关系进行研究。首先根据发动机台架实验数据结果标定一维热力学模型并提取三维缸内流动和燃烧CFD所需的瞬态边界条件;然后在基于经验的均匀壁温边界条件下模拟缸内燃烧过程并获得燃烧系统壁面气侧时均热边界,以此热边界求解机体、缸盖、水套共轭换热(CHT)模型和活塞传热(PHT)模型获得整机温度分布;随后将其中的燃烧系统表面非均匀壁面温度再反过来映射给三维缸内流动及燃烧CFD模型,重新计算缸内工作过程,最后再更新CHT和PHT模型的燃气侧热边界重新求解整机温度分布。相对于传统的FEA-CFD耦合方法,上述方法具有网格结构适应性更强、计算速度快、求解精度高等优势。应用上述双向耦合方法可以得到以下结论:1)GDI发动机燃烧系统表面的壁面温度对部分负荷工况和额定工况的缸内燃油蒸发混合及燃烧过程都有比较大的影响,通过迭代将非均匀壁面温度考虑到缸内工作过程计算中可以提高缸压、放热率及缸内平均温度的预测精度;2)基于均匀壁温下缸内燃烧结果的CHT和PHT模型计算的测点温度与硬度塞测试结果的相对偏差大部分在10%以内,而迭代后可以将大部分测点温度相对偏差达到5%以内,该误差已经接近硬度塞测量精度,再继续迭代来提高温度预测和缸内工作过程预测精度的空间并不大;3)经过迭代后的缸内过程计算得到的主要排放物(除Soot外)的变化趋势与实验值更接近,而且GDI发动机燃烧系统表面的壁面温度对NOx、Soot、HC、CO的生成和分布都有重要影响,具体表现为:在不同工况下,均匀壁温下的NOx生成过程量均偏高,但是最终生成量差别不大;额定工况下非均匀壁温分布下的HC生成量比均匀壁温高很多,而部分负荷的HC生成量对壁温分布不太敏感;部分负荷和额定工况下的Soot生成量的趋势是相反的。