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摘要：基于ANSYS 的CFD 的有限元仿真环境该赛车的空气动力学特性进行了数值模拟仿真研究，得出该车体的速度云图、质量流量曲线等，并根据模拟仿真结果对汽车的气动造型提出一些建议，为优化汽车发动机及改善其动力学特性提供参考。
关键词： Ansys 发动机 进排气 有限元分析
1.Ansys软件简介
ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS开发，它能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换，如Pro/Engineer， NASTRAN， I-DEAS， AutoCAD等， 是现代产品设计中的高级CAE工具之一。可以用来求解结构、流体、电力、电磁场及碰撞等问题。软件主要包括三个部分：前处理模块，分析计算模块和后处理模块。
2.发动机进气分析
由于发动机为四缸机，在设计发动机进排气时需要考虑到各缸之间的影响，因此稳态分析不能看出气体在发动机进排气系统中的运动状态，需要采用瞬态分析。此次分析采用了CFX流体分析模块
为了对发动机进气系统的进气能力进行评判，从而提出优化方案，需要对其进行流体仿真。在此，由于赛车在运行中常用工况为10000r/min并且为较大负荷，所以选取该工况下做瞬态仿真。仿真采用了四面体网格，边界层为5层，如下图1。
在10000r/min下，发动机一个循环的时间为0.012s，则可以将曲线与曲轴转角关系转换为曲线与时间关系。考虑到节约计算机成本，仿真了四个循环，即0.048s，时间步长为0.0004s。各缸进气的速度云图，如下图2
横坐标为曲轴转角，坐标为质量流量（kg/s），通过速度云图可知，当二三缸在进气时，其湍流程度较大。因此可以增加该两缸歧管入口处的面积，来减小涡流的产生，从而减小进气温度，增加进气量。
3.发动机排气分析
横坐标为曲轴转角，坐标为质量流量（kg/s）。根据速度云图可知，排气初段的大容积腔内湍流程度较大，对排气有一定的不利因素，因此需要将该腔修改尽量圆滑，来保证排气的畅通。
总结：
汽车的发动机进排气特性直接影响着汽车的经济性、动力性和稳定性。，在ANSYS/CFD有限元仿真环境中对所建立的模型进行了数值模拟计算并得出相关的仿真结果，为优化汽车车型及改善汽车空气动力学特性的进一步研究提供了参考。
参考文献：
[1]朱自强，吴子牛，李津等.应用计算流体力学.北京：北京航空航天大学出版社，199：23～77.
[2]张波，盛和太，ANSYS有限元数值分析原理与工程应用[M].北京：清华大学出版社，2005.
[3]王秀叶，耿宗亮.柴油机配气机构的有限元动态分析及其优化设计.拖拉机与农用车2004，3：24-25.
作者简介：龚建全（1988-，四川省渠县人，学生，现就读于2010级西华大学机械电子工程，主要学习和研究CAD/CAM。
关键词： Ansys 发动机 进排气 有限元分析
1.Ansys软件简介
ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS开发，它能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换，如Pro/Engineer， NASTRAN， I-DEAS， AutoCAD等， 是现代产品设计中的高级CAE工具之一。可以用来求解结构、流体、电力、电磁场及碰撞等问题。软件主要包括三个部分：前处理模块，分析计算模块和后处理模块。
2.发动机进气分析
由于发动机为四缸机，在设计发动机进排气时需要考虑到各缸之间的影响，因此稳态分析不能看出气体在发动机进排气系统中的运动状态，需要采用瞬态分析。此次分析采用了CFX流体分析模块
为了对发动机进气系统的进气能力进行评判，从而提出优化方案，需要对其进行流体仿真。在此，由于赛车在运行中常用工况为10000r/min并且为较大负荷，所以选取该工况下做瞬态仿真。仿真采用了四面体网格，边界层为5层，如下图1。
在10000r/min下，发动机一个循环的时间为0.012s，则可以将曲线与曲轴转角关系转换为曲线与时间关系。考虑到节约计算机成本，仿真了四个循环，即0.048s，时间步长为0.0004s。各缸进气的速度云图，如下图2
横坐标为曲轴转角，坐标为质量流量（kg/s），通过速度云图可知，当二三缸在进气时，其湍流程度较大。因此可以增加该两缸歧管入口处的面积，来减小涡流的产生，从而减小进气温度，增加进气量。
3.发动机排气分析
横坐标为曲轴转角，坐标为质量流量（kg/s）。根据速度云图可知，排气初段的大容积腔内湍流程度较大，对排气有一定的不利因素，因此需要将该腔修改尽量圆滑，来保证排气的畅通。
总结：
汽车的发动机进排气特性直接影响着汽车的经济性、动力性和稳定性。，在ANSYS/CFD有限元仿真环境中对所建立的模型进行了数值模拟计算并得出相关的仿真结果，为优化汽车车型及改善汽车空气动力学特性的进一步研究提供了参考。
参考文献：
[1]朱自强，吴子牛，李津等.应用计算流体力学.北京：北京航空航天大学出版社，199：23～77.
[2]张波，盛和太，ANSYS有限元数值分析原理与工程应用[M].北京：清华大学出版社，2005.
[3]王秀叶，耿宗亮.柴油机配气机构的有限元动态分析及其优化设计.拖拉机与农用车2004，3：24-25.
作者简介：龚建全（1988-，四川省渠县人，学生，现就读于2010级西华大学机械电子工程，主要学习和研究CAD/CAM。