本文利用FIRE软件对优化前、后的进气歧管结构进行CFD分析，计算出各缸的流量、流量因数及它们的偏差。分析结果表明：优化前的进气歧管流量偏差值满足评价指标，而流量因数偏差值不满足评价指标；优化后的进气歧管流量偏差值和流量因数偏差值均满足评价指标。

进气歧管是发动机进气系统的重要组成部分，它的功用是将洁净的空气分配到各缸进气道。发动机进气系统的气体流动十分复杂，它会影响到发动机的充气效率和换气损失，对发动机的动力性和经济性有重要的影响。本文分析的对象是某型发动机的进气歧管，由于该歧管是箱式的，所以需要将进气歧管和进气道组装为一个体，然后对其进行CFD分析。

本文通过AVL-FIRE软件，模拟得出优化前的进气歧管各支路流量和流量因数以及压力分布图，从结果中发现压力损失大的部位，然后通过CAD对进气歧管结构进行优化设计，最后再模拟计算优化后的进气歧管各支路流量和流量因数及压力分布图。通过CFD分析进行优化是目前进排气歧管设计中常用的方法。

模型建立

1.数模

该发动机为四缸、双气道结构，图1a为进气歧管和进气道组合到一起的模型；图1b中红色部分为优化前结构，灰色部分为优化的结果。图1中的Cylinder1～4分别代表第一至第四缸的进气道。

2.网格划分

划分网格后，整个模型的网格数约为20万，其中大部分为六面体网格。其中主体网格尺寸是3mm，在进气歧管和进气道接触的地方以及座圈部分网格进行了加密处理（见图2）。

考虑到壁面附近的边界层影响，在壁面上生成一层边界层网格。为了避免在模型的进出口边界面出现回流情况，在进出口面处各拉伸20层左右的网格。

3.求解参数设置

计算中假设流动是不可压缩的， 采用迎风离散格式，一阶隐式格式离散时间项，压力与速度耦合算法选择SILMPLE。设定管内空气流动为可压缩粘性湍流流动，空气为理想气体，湍流模型为K-ε-f方程，使用混合壁面函数描述壁面附近边界层流体速度、压力等的分布，且要求贴近壁面的网格的y+值为11～200，残差小于0.0001。

4. 边界条件设置

本次计算为稳态计算，进出口边界条件设置如下所示：

进口条件中，总压为100kPa；进口温度为20℃；湍流强度4%，湍流尺度为0.006m。出口条件中，静压边界为97.5kPa。

5.初始化条件

设置初始压强P为98.5kPa，密度ρ为1.13kg/m3，温度为300K。

计算结果分析

1.流量

4个支管的流量是否均匀通常是评价进气均匀性的的常用方法，一般要求4个支管的流量最大最小偏差的差值控制在10%以内。

优化前和优化后各气道的流量值如图3所示。从图中可以看出优化前后的数据中，Cylinder2和Cylinder3的流量较大，Cylinder1和Cylinder4的流量较小。这是因为Cylinder2和Cylinder3离进气系统入口较近，进气充分；而Cylinder1和Cylinder4离进气系统入口较远，进气不充分。

优化前和优化后各气道的流量值偏差如图4所示。优化前的最大偏差和最小偏差分别为3.657%和–3.682%，4个支管流量的最大最小偏差为7.339%。优化后的最大偏差和最小偏差分别为2.71%和–2.475%，最大最小偏差为5.185%。两者均满足进气歧管中流量偏差的评价指标，不过优化后的进气管管流量偏差更小。

2.流量因数

流量因数是由AVL提供的公式：

式中，mth为理论流量；R为气体常数（287.14kJ/kg）；T为温度；P为出口压力；P0为进口压力；Areƒ为出口面积；为流量因子；κ为绝热指数（1.41）；mcalc为计算所得流量；α为流量因数。

根据发动机的经验评价标准，其流量因数的偏差必须控制在±4%以内。

优化前和优化后各气道的流量因数值如图5所示。从图中可以看出优化前后的数据中，Cylinder2和Cylinder3的流量因数较大，Cylinder1和Cylinder4的流量因数较小。这是因为流量因数趋势与流量保持一致。

优化前的最大偏差和最小偏差分别为5.435%和–5.402%。优化后的最大偏差和最小偏差分别为3.802%和–3.682%。优化前的进气歧管的流量因数超过了±4%的评价标准，通过CAD优化设计，优化后的进气歧管结构满足流量因数的评价标准。

结语

本文通过对优化前后的进气歧管和气道模型CFD分析，从计算得到的流量、流量因数及它们的偏差中可以得到以下结论：

流量值和流量因数值分布均是中间两个气道的值偏大，两边气道的值偏小；优化前进气歧管的流量值分布符合评价标准，而流量因数分布不符合评价标准，进气均匀性不好；优化后进气歧管的流量值分布符合评价标准，并且流量因数分布也符合评价标准；通过CFD分析，可以发现进气歧管设计中存在的问题，通过对其结构优化设计来解决问题。