[发明专利]基于Fluent软件对分层扫气发动机结构优化的方法

说明书

本发明公开了一种基于Fluent软件对分层扫气发动机结构优化的方法，包括如下步骤：根据分层扫气发动机的设计图纸，确定分层扫气发动机的基本尺寸，扫气道的尺寸、位置及个数，主副进气道的尺寸和位置、活塞凹槽的尺寸和位置，利用UG建立实体模型；利用ICEM对发动机模型划分网格并输出*.msh格式文件；Fluent读取*.msh文件，再设置相关计算参数并开始模拟计算；将计算结果导入CFD‑Post后处理，输出结果更加直观，根据计算结果变更模型参数，重复上述计算步骤，直至得到最优参数条件组合。本发明通过利用数值模拟方法，实现了对分层扫气发动机结构参数优化，为分层扫气发动机的设计生产提供优化指导，降低了反复加工发动机造成的成本损失。

技术领域

本发明属于分层扫气发动机技术领域，特别涉及一种基于Fluent软件对分层扫气发动机结构优化的方法。

背景技术

小型二冲程发动机由于其功重比高、结构简单、技术成熟、成本较低等诸多优点，在无人机等小型航空飞行器上有着非常广泛的应用。然而其扫气期间新鲜混合气的损失不可避免，使其燃油消耗率和未燃混合气排放量较高，也限制了二冲程汽油机的广泛应用。分层扫气是使混合气和废气之间形成分层介质，并由其承担扫气损失的扫气方法。分层介质先于混合气进入气缸形成分层扫气。但是大量分层介质先于混合气进入气缸将会影响气缸内可燃混合气的均匀混合，使得火花塞电极周围混合气较稀以至于点火延迟甚至点火困难。进入气缸内分层介质的质量对缸内混合气的混合影响较大，从而对发动机的性能也有很大影响，因此设计调节好分层扫气系统是提高发动机燃油经济性和减少未燃混合气排放的重要研究方向。

在发动机的设计生产过程中，每一次调整分层介质的质量都需要重新设计分层扫气系统的基本尺寸，改变分层扫气系统的基本尺寸和位置都需要对缸体进行重新加工，发动机的重新加工会提高生产制造成本，因此在生产阶段之前有必要对分层扫气发动机进行仿真模拟并对其进行结构优化。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供一种基于Fluent软件对分层扫气发动机结构优化的方法，该方法将分层扫气发动机的设计生产过程简化，减少了设计生产分层扫气发动机的制造成本。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于Fluent软件对分层扫气发动机结构优化的方法，包括以下步骤：

步骤1、根据分层扫气发动机设计图纸，得到发动机基本尺寸参数，利用三维绘图软件UG建立分层扫气发动机实体模型并输出*.ParaSolid文件；

步骤2、将步骤1中输出的*.ParaSolid文件导入ICEM进行网格划分并输出*.msh文件；

步骤3、利用Fluent软件读取步骤2中得到的*.msh文件，设置分层扫气发动机实体模型的数学模型、动网格模型、网格交互模型以及边界条件，设定数值模拟计算的初始化条件，并开始数值模拟计算，得到*.cas和*.dat结果文件；

步骤4、将步骤3中的*.cas和*.dat结果文件导入后处理软件CFD-Post中，得到分层扫气发动机模拟图像数据，包括发动机内部的浓度分布云图和质量流量图；

步骤5、输出步骤4中的模拟图形数据；

步骤6、重复步骤1~5，进行多次数值模拟，每一次数值模拟时改变步骤1中的发动机基本尺寸参数和步骤3中的动网格模型和边界条件；

步骤7、对比步骤5中多次数值模拟输出的模拟图形数据，得到分层扫气发动机分层扫气系统的最佳参数条件。

根据步骤7）中得到的分层扫气系统的最佳参数条件，对分层扫气发动机的设计提供优化指导。

进一步的，所述步骤1中，发动机基本尺寸参数包括发动机内部尺寸、扫气道的尺寸和位置、副进气道的尺寸和位置、活塞凹槽的尺寸和位置。