avl fire进气道总述CFD计算分析思路和评价方法

进气道CFD第一章前言展，燃烧扩散的速度和稳定性。但是提高流量系数时涡流/滚流比会降低，反之FIRE里，我们可以在算出达到一个目标涡流比的情况下取得最大的流量系数。气道的CFD分析建立的计2.5倍的缸径，与实验台的设置基本相同。这样加长气缸有两个考虑：一是基本FIRE里可在求解器界面的Write2Dresultfile里选择相应的来计算，这里实际流量是取的出口处的流量，这就是为什么要选择outlet这个selection。理论流量的计算主要是依据进流量系数的方法是相同的，但测涡流的方法就不尽相同了。比如说AVL的试验1.75Ricardo的则是通过测扭矩来推算涡流转速。不管是哪种测涡流的方法，FIRE里都有相应对计算出的三维流场信息进行处理，与之相对比。FIRE提供的一个气道的算例就是按照AVL试验台测涡流的方式，在计算模型里对应的位置根据叶轮的内径和外径定义一个CellSection，然后选择程序自带的计算涡流比的来算出与实验对应的涡流比的。有关在很多文献上都可以查到，这里就不敷述。1柴油机进气道-34所示。滚流强算出的。在FIRE计算时，可以通过在体网格的z=-0.5D（计算模型的原点在缸头面，并且气缸中心线为z轴）这个位置生成一个FaceSelection，然后选用2DResults里的Tumble_ratio_face这个即可算出。由于滚流的特性，在实际发FIRE也可以通过激活Userfunction里的“Userinput/output”，并采用一个2汽油机进气道-图 气道滚流测试方法示意 图 气道滚流的计算方法示将FIRE的计算结果和实验值进行对比要注意几个问题：一是气道模型要完影响。二是压力值要完全一致。我们曾做过FIRE计算参数的设置对结果议动量方程和湍流方程的差分格式都采用二阶精度的（MinmodCD0.5）流模型和壁处理可采用较高精度的k-z-fHybridWallTreatment；边界层网格层数越多，得到的流量系数越精确；总的网格数目在70万左右是比较合适的。2.5%以内也是有条件是很多用户正在做的工作，如果提得出明确的优化目标并具备相应的，利用FIRE与CAD和优化软件联合计算即可直接得到最优的气道设计的CAD模型，这

为了对进气管稳态流动进行分析，AVL搭建了典型的气道稳流试验台来测量流体流量。从这种试验台架上AVL可以得到测量数据，用来和计算结果的实测量的方法是：在进气管压力降固定的情况下，在10个不同的气门升程下5AVL是布置在距缸盖1.75D的位置（D是气缸直径，而该位置不能过于靠近出口，以免受到出口流动情况的影响。AVL可以用实验的方法测量出距缸盖1.75D位通常，充量流过一个横截面时的流动情况是通过流量系数μ进行描述的。AVL基于测量结果，计算得到是一个无因次流量系数μσ，它是实际质量流量 实际的质量流量 理论的质量流量 ρm平均密 Ρ气缸内的密 环境密度环境压力Δp压力降气门升程很小时，AVL6500[Pa],气门升程很大时，AVL标准的压力差是2500[Pa]。在某些特定的气门升程下，气缸内充量的旋转速度是由叶轮风力计测 叶轮的旋转速度[min- 假想的发动机的转速[min- 风力计一般的速度[min- 发动机一般的速度[min- 活塞的平均速度轴向流速的平均值[m/s] 平均的质量流速 冲程 气缸直径 假想的发动机转速[min-气缸的截面积[m2] 活塞的瞬时速度 活塞的平均速度之前提到过，涡流比和平均的流量系数是用AVL标准的气门升程曲线计算第三章柴油机进气道的CFD平行于坐标轴，此时建议使用FAMEAdvancedHybrid这是一个全自动的网格划在中选择Meshes点击右键，在下拉菜单中选择Import，在下面的路径下找到IP_surf_smooth.flm文件，导入表面网格文件。点击Selection的位置和connectedge的位置。对于这个例子，出口面和进口面一定要定义connectingedge，并且要定义气门附近区域为细化区域。选择表面网格，点击右键，选择selection，打开createcellEmptyCreateandModify,Add并且从下拉菜单中选择Angle7在气门周围要定义细化的选项，可以通过在气缸盖上建立Cell选项的方法对细8View->ApplicationBarsFAMEHybrid中选择FH.EdgeTools->Autoedge选择ClosedEdges。Minimalpatchnumber输入1。Minimaledge在表面网格上点击鼠标右键，从下拉菜单中取消选定Drawobject，只显示中选择图9CreateCut。包括所有要删除的线。建议使用AddbyPolygon来选择不需要的线。View窗口下激活Cut选项，选择选择线网格，点击右键，从下拉菜单中选择Cut。所有多余的线都从线网格10 下选择表面网格并且选择Drawobject，使表面网格出现在视图中为了进行网格划分，还需要其他的一些线，可以通过Trajectory工具来生成这些线。图11显示的为需要生成线的一些具置。11在右边的里选择EdgeTools->AutoedgeTrajectory选择Createtrajectorybyumfaceangle.在Anglethreshold处输入80。选择SelectMesh并选择线网格，把生成的线添加到已存在的线网格选择Trajectory选择Cancel退出。请对照以 下的IP_edges.flm来检查你生成的线网格从FH应用上的Info上选择GeoInfo在GeoInfoGeoInfo，结果显示一共有1351选择Cancel退出。选择File|Saveas，保存文件,CFD-WM将自动生成为一个文件(.fpr)和两个子文件夹。所有的网格文件(.flm)都保存在Meshes文件夹里，结果和求解器数据都存在Calculation文件夹里。FAMEAdvancedHybridConnectedge从FH应用共具栏中选择 选择StartnewmeshingNextDefinesurfacemesh(IP_surf_smooth(1))，点击表面模型。选择下一选择Defineedgemesh(edges_1_of_IP_surf_smooth_1(1))，点击线网FameAdvancedHybrid6alcellsize输入0.005m，Minimalcellsize输入 ClosureLevel输入1，Numberofboundarylayers输入1BC_inletAdd，在新的一栏中的下拉菜单中选择BC_outlet。选择下一步打开网格细化的窗口。Size和Depth在 objects窗口中选择下一步，打开Transformations窗口s在这个例子中不需要使用Cyl_Rotation。12没有进行Transform13进行Transform第一个进气道气门处的Cylhft选项ClickData14选择Clickcircle，在表面网格上，在想要进行修改的台阶的外圆上选择三选择 5.定义完所需的点后，选择Edit NewInnerRadiusDistance7选择Transformations然后选择Preview来显示变形的程度。选择UndoPreview恢复到初始的状态。yl_Shf-第二个进气道处的 hift选项选择Transformations，选择Add从选项的下拉菜单中选择Cyl_Shift。确保在这个选项旁边的 Transformation选项中将显示以下的数据。ht-选择Transformations，选择AddShiftradiobutton选择 Transformation并在下表中填入平面向量值ClickData15表面网格-生成Shift选择ClicknePoint并定义一个点如上所示，来指定线性变形的起始点选择Clickdistance定义完所需的点后，选择EditTransformation，与以下表格里的坐标进行比8Factor3Factor0>F>1:压缩=1:没有变形>19．选择Transformation选项并选择Preview来显示变形的程度。选择UndoPreview恢复到初始的状态。ht-选择Transformations，选择AddShiftradiobutton选择 Transformation并在下表中填入平面向量值ClickData16表面网格-在进气道处生成Shift选择ClicknePoint并定义一个点如上所示，来指定线性变形的起始点选择Clickdistance定义完所需的点后，选择EditTransformation，与以下表格里的坐标进行比8Factor3Factor0>F>1:压缩=1:没有变形>19．选择Transformation选项并选择Preview来显示变形的程度。选择UndoPreview恢复到初始的状态。17气道处的ht-1初步的准备1点击表面网格，点击右键，在下拉菜单中选择2选择view,激活Slidethrough选择Rendering，激活 Shading，选择ok2ShiftTransformation选择Transformations，选择AddShiftradiobutton选择 Transformation并在下表中填入平面向量值ClickData19表面网格-在气门处生成Shift选择ClicknePoint并定义一个点如上所示，来指定线性变形的起始点选择Clickdistance定义完所需的点后，选择EditTransformation，与以下表格里的坐标进行比8Factor5Factor0F1:1:选择Transformation选项并选择Preview来显示变形的程度。选择UndoPreview恢复到初始的状态。20气门区域的点击表面网格，点右键在下拉菜单中选择Properties.选择view选项，激活viewall并选择ok.定义完所有 2121在网格划分过程中，生成了一些文件并在Meshes文件夹里： 简短浓缩的二进制文件ASCII 选择File 选择网格,点击右键在下拉菜单中选 在Disy窗口中确保Drawobject,wireframe和surface都被激活RenderFlatShading.按住鼠标中间的键，同时按住shift键并拖动鼠标上下的移动，可以看到网格

22在FH应用上的Info选择Geo选择File|Save推荐大家要对网格的质量进行检查，特别是 Normals和 在FH应用的info中选择Checks选择NegativeVolumes,NegativeNormals,TwistedFaces,Skewness和Cell-EdgeAngle在Sel选项处，在TwistedFacesSkewnessCell-EdgeAngle在在Selection View窗口选定CheckTwistFaces,CheckSkewness,CheckCellEdgeAngles和CheckCellWarpage选项。选择Apply，然后选择ok退出从应用中选择FH->MeshTools->Smooth选择VolumeOptimizerbin并在 tions处输入3Smooth完成之后，在Selection 窗口取消选定 Skewness,CheckCellEdgeAngles和CheckCellWarpage选项。重新按照如我们上文提到的汽缸的长度为2.5*D，为了避免出口的工况对测量平面的影响，测量平面位于距缸盖1.75*D的位置。PaddleWheel外径：RO=0.0718[m]内径：RI=0.0456[mZ–ne:Z=-0.13725[m]厚度：一层网格，意味着s=0.005用法建立Cell为了建立一个新的选项，在名称栏中输入Paddle，在radiobutton区域击活cell选项来制定选择的类型同时点击Empty.然后选择CreateandModify,选择AddFormula通过选择ImportExample导入预先定义好的。找到定义好的的找到以下的：Cylindrical_ring_around_z_axis.hand 点击ok选择 parameters并输入以下的数值，点击ok3

图23File|Save4在下，选择Calculation文件夹，点击右键选择NewCase(FIRE)/IP_Mesh.flm。生成一个新的case文件夹，所有的关于求解过程和后处理的文件 处选择SolverSteeringFile，点击右键在子菜单上选择EditSSF。RunmodeSteady在边界条件文件夹中，选择BC[1]:NoName，选择Boundaryconditions，点击右键在子菜单中选择BC:Insert，插入一个新的边界条件。选择BC[2]:NoName，输入以下参数在Fluidproperties文件夹中，选择FP[1]:NoName输入流体特性。从下拉菜单中选择Air。选择Initialconditions，性求解 2D选择Write2Dresultfile激活Flowties,Turbulence和Wallsummary平均值-选择基准（选择Write2Dresultfile，点击右键在子菜单中选择2D:Insert选择2D[1]:NoName，并在下拉菜单中选择BC_outletNameof2DoutputDischargeI/O选择Newtybyformula，出现一个新的按键标有Formula_1。选择这个按键，CFD-WM编辑器窗口自动打开。通过选择ImportExample导入一个预先定义好的找到以下的Discharge_coefficient_using_face_selection.h点 Editformulaparameters对于Nameofresultty输入DischargeI/O并选择ok选择Write2Dresultfile，点击右键在子菜单中选择2D:Insert2D[1]:NoNamePaddleselection在Nameof2DoutputSwirlPaddleWheel选择New tybyformula,出现一个新的按键标有Formula_1。选择这个 通过选择ImportExample导入预先定义的选择为：Swirl_ratio_momentum_cell.h并点击ok选择 parameters并输入以下的参数。点击ok在Nameofresultty处输入SwirlPaddleWheel，点击ok1．3D结果文件(<输入数值，设定输出频率。点击打开一个子菜单。选择Table显示以个子菜单，根据需要选择at或upto。选择InsertRow加入一个新行。Writerestartfile(<Casename>.rs0,writerestart输出频率Writebackupfile(<Casename>.bc_1000,<Casename>.bc_2000,writebackup输出频率log (<Casename>.flaand2DLog(refertosection点击1选择Pickmonitoringlocation选择InsertRow点击1选择Pickmonitoringlocation选择及用户名和。AvailableVersions1DCoupling选择COMPILEsolver-executableANDSTARTcalculation，然后选择下Calculation，开始进行模拟。可以通过点击应用中的stop停止运算。.flb文件的在.flb文件中，是一个二进制格式的文件。用户可以按照以下的步骤 处选择2Dlog，点击右键选择view或者可以在SG应用中选择2DLog.默认的窗口有4个空白的区域。以下的图形就是残值得输出图形。DataMonitor维图像。观察.la文件（只适用于N/NU操作系统观察.fla文件是很重要的一个程序，因为有一些错误信息会写入.fla文件。为了在计算过程中打开.fla文件，打开UNIXs进入.fla文件所在的那UNIX命令：tailf这个命令的作用是显示文件的最后部分。-f命令的作用是从输入文件中读入和在Restartwith的下拉菜单中选择所需的备份文件。选择下一步继续。5选择3DResults从下拉菜单中选择LoadcompleteI tions并且可以任意选择步长。所有在目录处选择Impress-Cuts,点击鼠标右键，在子菜单中选择Create->Y-Cut->mesh_name。或者点击网格，激活IMPRESS应用里的选择Datasetting在Disyattribute的下拉菜单中选择Flow:Velocity[m/s]Vectorsincellelements,Extrapolate然后选择CutGeometryDatasettingResamplingsetting钮在Resamplingsetting窗口中选择ResamplingNumberofrows处输入100并在Numberofresamplingcolumns处输入100他们的信息以二进制的格式存在.fl2文件中，我们可以通过以下步骤进行 上，选择2DResults，点击鼠标右键在子菜单中选择View。或者在SG应用中选择2DResults。下图显示的就是一个典型的2D输出。a文件的输出流量系数和涡流比可以从.fla

第四章CFD28汽油机进气道-MeshesImport，找到表面网格IP_surface.flm文件的路径，导入表面网格文件。选择表面模型，点击鼠标右键，选择selectioncreate在名称输入区域，输入cutcell选项来制定选择的类型，同时点击Empty，然后选择CreateandModify,选择窗口自动打开。Add并且从下拉菜单中选择PolygonView窗口下激活cut选项，选择IP_surfacecut。在界面上点击右键，从paste。这样我们把表面网格分成两部分，我们要对每一个部分在下分别选择IP_surface，copy_1_of_IP_surface_1(1)，点击右键，选择rename，把名字分别改为intakeport，box。29表面网格-在进行划分网格之前，要先把进气道的封闭。在视图中选择intakeport,选择FH->surfaceTools->Closesurface->FindBoundaryEdges,点击按钮FindBoundaryEdges,生成了进气道的边界。->Closesurface->TriangulateClosededges，点击按钮TriangulateClosedintakeport和新生成的面30选择 Triangulated_1_of_Boundary_Edges_1_of_intakeport_1，点击FH->Orientatesurface，选择Flip,点击面上任意一点（在这红色代表内壁面，Ctrl,intakeport和新生成的面_Edges_1_of_intakeport_1FH->MeshTools-〉ConnectJoinMeshes,生成Joined_1。选择Joined_1，打开Connect->Comformconnect,点击Calculatedefaultvalve。选择Preview，察看需要连接的地方。然后点击Comformconnect。选择Cancel退出。Selection在使用全自动的网格划分进气道之前，要定义所有需要的（包括网格细化的位置和connectedge的位置）。对于这个例子，出口面和进口面一定要定义connectingedge，并且还要定义细化的区域。选择表面网格，点击右键，选择selection，打开create窗口。建立一个新的selection，在名称输入区域，输入BC_inlet。在radiobuttoncellEmptyCreateandAddAngle40选择DefineEsc建立另一个选项叫做BC_outlet31在气门周围要定义细化的选项，可以通过在气缸盖上建立Cell选项的方法对在气门座圈处定义细化的选项，可以通过在气门座圈处建立cell选项的方法在气门处定义细化的选项，可以通过在气门处建立cell选项的方法对细化区

33在工作区域选择表面网格IP(1View->ApplicationBarsFAMEHybrid中选择FH.EdgeTools->Autoedge选择ClosedEdges。Minimalpatchnumber输入1。Minimaledgelength0.003,Angle20AutoEdgeCancel在表面网格上点击鼠标右键，从下拉菜单中取消选定Drawobject，只显示中选择selection.在Create窗口上创建一个新的选项叫做Cut。包括所有要删除的线。建议使用AddbyPolygon来选择不需要的线。View窗口下激活Cut选项，选择选择边网格，点击右键，从下拉菜单中选择cut。所有多余的线都从线网格在下选择表面网格并且选择Drawobject为了进行网格划分，如果还需要其他的一些线网格，可以通过Trajectory工具来生成这些边。具体方法可以参看本文柴油机中关于建立边网格的部分353637从FH应用上的Info上选择GeoInfo在GeoInfoGeoInfo选择Cancel退出。选择File|Saveas，把文件保存为IP.fpr。CFD-WM将自动生成一个文件(.fpr)和两个子文件夹。所有的网格文件(.flm)都保存在Meshes文件夹里，结果和求解器数据都存在Calculaton文件夹里。从FH应用共具栏中选择 选择StartnewmeshingNextDefinesurfacemesh(IP(1)选择Defineedgemesh(edges_1_of_IP_1(1)FameAdvancedHybrid6alcellsize输入0.002mClosureLevel输入1，Numberofboundarylayers输入1BC_inletAdd，在新的一栏中的下拉菜单中选择BC_outlet。选择下一步打开网格细化的窗口。Size和Depth在 objects窗口中选择下一步，打开Transformations窗口在网格划分过程中，生成了一些文件并在Meshes文件夹里：图38FAME窗 简短浓缩的二进制文件ASCIIformat. 图39选择稳压箱的表面网格box,从右边的中选择H选择EdgeTools->Autoedge。选择ClosedEdges,Minimalpatchnumber输入1。Minimaledgelength输0.001,Angle40AutoEdgeCancel40选择edges_1_of_box_1(1)，点击鼠标右键，选择selection。在Create窗口上创建一个新的选项叫做cut，建议使用Addbyaggle来选择以上红色的边。ViewcutApplyedges_1_of_box_1(1)右键，从下拉菜单中选择cut选择IP_Mesh，点击鼠标右键，选择selection在View窗口下激活inlet选项，选择Apply。点击选中，从右边的中选择FH,选择SurfaceTools->Surface,选择Makesurface,点击Generate。选项，选择Apply选择Surface_1_of_IP_Mesh_1(1),从右边的中选择,选择EdgeTools->Autoedge,自动生成边网格。按住Ctrl,选择edges_1_of_Surface_1_of_IP_Mesh_1(1)和edges_1_of_box_1(1)FH->MeshTools->ConnectJoinMeshes，生成Joined_1。选择激活选择FH->EdgeTools->2DMeshing->Interpolation,依次选择四个点（如上同样的方法铺好整个面。选择铺好的四部分网格，打开FH->MeshTools->Connect窗口,点击JoinMeshes。选择Joined_2，打开Connect->Comformconnect,点击CalculatedefaultvalvePreview，察看需要连接的地Comformconnect。选择Cancel退出。同时选择Surface_1_of_IP_Mesh_1(1)和joined_2，FH->MeshTools->Connect窗口，点击JoinMeshes。生成joined_3。43joined_3ConnectComformconnectCalculatedefaultvalve，选择Preview，察看需要连接的地方。点击Comformconnect。选择Cancel43选择joined3，打开FH->MeshTools-Enlarge->Extrude->Vector，填入需要拉伸的长度，层数以及方向。然后点击Extrude，生成如图所示的稳压箱的网格。改名为Box_Mesh。44同时选择IP_Mesh和Box_Mesh。打开FH->MeshTools->Connect窗口,点击JoinMeshes。选择joined_4。打开Connect->Comformconnect，点击Calculatedefault

45选择网格,点击右键在下拉菜单中选 在Disy窗口中确保Drawobject,wireframe和surface都被激活RenderFlatShading.按住鼠标中间的键，同时按住shift键并拖动鼠标上下的移动，可以看到网格

46在FH应用上的Info选择GeoFile|Save，推荐大家要对网格的质量进行检查，特别是NegativeNegativeNormals和TwistedFaces。求解器不允许有负网格的存在。因为在在FH应用的info中选择Checks选择NegativeVolumes,NegativeNormals,TwistedFaces,Skewness和Cell-EdgeAngle在Sel选项处，在TwistedFacesSkewnessCell-EdgeAngle在在SelectionView窗口选定CheckTwistFaces,CheckSkewness,CheckCellEdgeAngles和CheckCellWarpage选项。选择Apply选择ok退出。从应用中选择FH->MeshTools->Smooth选择VolumeOptimizerbin并在Itions处输入3Smooth完成之后，在 窗口取消选定 Skewness,CheckCellEdgeAngles和CheckCellWarpage选项。重新按照0.5面上速度的切向分量（与气缸中心轴平行的速度分量）FIRE时，可以通过在体网格的z=-0.5D（计算模型的原点在缸头面，并且气缸中心线为z轴）这个位置生成一个FaceSelection。起名为tumblesurface。File|Save在下，选择Calculation文件夹，点击右键选择NewCase(FIRE)/IP_Mesh.flm。生成一个新的case文件夹，所有的关于求解过程和后处理的文件 处选择SolverSteeringFile，点击右键在子菜单上选择EditSSF。RunmodeSteady在边界条件文件夹中，选择BC[1]:NoName，选择Boundaryconditions，点击右键在子菜单中选择BC:Insert，插入一个新的边界条件。选择BC[2]:NoName，输入以下参数在Fluidproperties文件夹中，选择FP[1]:NoName输入流体特性。从下拉菜单中选择Air。选择Initialconditions，性求解 2D选择Write2Dresultfile激活Flowties,Turbulence和Wallsummary平均值-选择基准（选择Write2Dresultfile，点击右键在子菜单中选择2D:Insert选择2D[1]:NoName，并在下拉菜单中选择BC_outletNameof2DoutputDischargeI/O选择Newtybyformula，出现一个新的按键标有Formula_1。选择这个按键，CFD-WM编辑器窗口自动打开。通过选择ImportExample导入一个预先定义好的找到以下的Discharge_coefficient_using_face_selection.h点 Editformulaparameters对于Nameofresultty输入DischargeI/