本文以江淮汽车某型三缸汽油机进气歧管为研究背景，用数值模拟的方法研究了该进气歧管的进气性能，分析了歧管的压力损失和进气均匀性，并与以前的计算模型进行对比。结果表明，优化后的进气歧管在压力损失和进气均匀性方面均得到了明显的改善，提高了该歧管的进气性能。

发动机进气歧管的性能高低影响着发动机的运行效果。本文针对江淮汽车某三缸发动机及其歧管在设计过程中出现的问题进行优化分析，根据分析结果提出整改方案，对整改方案进行分析。

数值模型

1.三维模型与网格划分

优化前和优化后的歧管模型如图1、图2所示。从图1中可以清楚看到在歧管1出口下方有一凸出区域（圈中部位），此部位就是一缸优化设计中增加的凸台区。原设计方案中在歧管三缸处设计一凸台（见图2），优化方案为取消该凸台，在一缸歧管入口处增加导流凸台。本次计算应用STAR-CD计算软件，为保证计算的准确性，此计算中网格尺寸为1mm，优化前后网格总数均为35万左右。

2.计算仿真

进气歧管内流场的计算分析主要包含两方面的内容：稳态计算，评价歧管各通道的流通能力；瞬态计算，评价一个循环过程中歧管各通道的进气均匀性。

流体流动要受物理守恒定律（包括质量守恒定律、动量守恒定律以及能量守恒定律）的控制，控制方程就是这些守恒定律的数学描述。而进行模拟计算，实际上就是求解控制方程的过程：

质量守恒方程（也称连续性方程）：

动量守恒方程：

能量守恒方程：

3.边界条件

本文采用稳态计算和瞬态计算两种方法对进气歧管进行分析。稳态计算主要分析歧管的流通性能，稳态计算整改前后均进行3个case计算，在每个case中分别将歧管的一个出口定义为出口边界，其余进口定义为壁面，计算中进口速度取一个循环的平均值30?m/s；瞬态计算主要分析歧管的进气均匀性。由Boost软件提供计算边界，具体边界条件如图3和图4所示。在稳态和瞬态计算中流体设为理想气体。

计算结果分析

1.稳态计算结果

进口流速为30m/s时，优化前歧管1缸、2缸和3缸进出口总压压差分别为1755Pa、1680Pa和1315Pa；优化后1缸、2缸和3缸进出口总压压差分别为1479Pa、1345Pa和1307Pa。相对于进口流速为30m/s，1500Pa的总压压差处于合理的范围，因此从压差数值看，优化前后歧管压力损失的绝对值均处于合理范围内，但各缸相对平均误差有较大差异，如表1所示。

图5～图7显示了稳态计算时歧管各缸开启时歧管内部的压力分布。计算结果表明：优化后1缸的压力损失还是大于2缸和3缸，但是与整改前相比得到了明显的改善；优化后歧管各缸的压力损失明显减小，歧管的流通性能得到了提升。

2.瞬态计算结果

瞬态计算共进行了8个循环，前7个循环保证收敛解，第8个循环输出结果。从计算结果来看，优化后1缸、2缸和3缸的流量分别为305mg/cycle、333mg/cycle和389mg/cycle，歧管各通道的进气量存在一定的差异，相对于平均进气量，1缸、2缸和3缸的误差分别为-10.8%、-2.7%和13.5%；优化前1缸、2缸和3缸的流量分别为360mg/cycle、300mg/cycle和470mg/cycle，相对于平均进气量，1缸、2缸和3缸的误差分别为-19.4%、-5%和24.4%。

计算中为了保证进气均匀性，原则上要求各通道的相对误差在10%以内，而结果表明优化后1缸和3缸进气量的平均误差均略大于10%，但是与优化前相比，优化后该歧管的进气均匀性得到了很大提升，说明该优化方案是可行的。表2显示了瞬态计算中各缸歧管的平均进气量误差。

图8～图10显示了稳压腔内流体流动示意图，图10显示当1缸完全开启、3缸部分开启，大量的流体通过1缸歧管，但图10中显示3缸歧管同样有较明显的流体流过，3缸歧管明显分流了1缸歧管的流量。图8和图9显示2缸和3缸歧管完全开启时并未出现图10中的情况，故在进口进气量相同的情况下会出现3缸歧管进气量多于1缸和2缸歧管。主要原因是，该歧管稳压腔长度较短流体流动贯通性好，3缸歧管开启就会有大量的流体流过导致3缸歧管进气量增加；1缸歧管由于靠近进气口，流体流入稳压腔极易在1缸进口处形成涡流阻碍1缸歧管小开启时的进气量，故而1缸与3缸进气量存在差异。

结语

在歧管一缸进口处增加扰流平台，可以有效地改变气体的流动方向，增加一缸的进气量。通过以上计算结果可以得出，对于小空间歧管设计，可以在稳压腔内增加必要的导流板对气体的流动进行干预，提高歧管内气体的流动均匀性。