本文以某小排量四缸汽油机进气歧管为研究背景，利用CFD技术对该进气歧管的流通特性进行分析，评估该进气歧管的设计结构能否满足发动机的运行需求。通过分析，认为该歧管进气口的设计有利于气体的流通，歧管的流通性能较好，歧管的设计结构符合相关分析指标。

发动机进气歧管的设计结构对发动机的进气阻力、进气均匀性及充气效率具有非常大的影响，对发动机的动力性和经济性也具有较大影响。因此在进气歧管的设计中，应该保证新鲜气体能够均匀地进入发动机各缸。本文利用数值仿真计算不仅能有效地评估歧管的进气均匀性，还能直观地反映出歧管内部的流动特征，为歧管的设计更改提供必要的理论数据。

数值模型

1.计算模型

本次计算中进气歧管为四缸机歧管，由于发动机布置设计原因，歧管的进口具有一定的倾斜角度。在歧管模型的处理中首先应用Hypermesh软件对歧管模型进行处理及面网格的划分，利用AVL公司的Fire软件进行体网格的划分，生成以六面体为主的计算网格。考虑到壁面附近的边界层影响，在壁面生成一层边界层网格，为避免计算中出现气体的回流，在网格的划分中对歧管的进出口进行了拉伸设置。在网格划分过程中局部网格尺寸为2mm，网格总数为48万左右。具体网格模型如图1所示。

2.数值计算方法

本文计算设置中采用稳态计算模式，采用迎风离散格式，一阶隐式格式离散时间项，压力与速度耦合采用SILMPLE算法。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。

3.边界条件

本次计算为稳态计算。进口条件：总压为0.1MPa；进口温度为20℃；湍流强度4%，湍流尺度为0.006m。出口条件：静压边界为97.5kPa。

4.评价指标

（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常用方法，一般要求4个支管的流量最大、最小偏差控制在±10%以内。

（2）流量因数 流量因数参照发动机设计公司AVL提供的计算公式，具体计算方法如下所示：

式中

mth——理论流量；

R——气体常数（287.14kJ/kg）；

T——温度；

P——出口压力；

P0——进口压力；

Aref——出口面积

ψ——流量因子；

K——绝热指数（1.41）；

mcalc——计算所得流量；

α——流量因数。

根据AVL的评价标准，流量因数的偏差必须控制在±2.5%以内。

计算结果

1.流量结果

图2和图3显示了歧管的流量计算结果，从其中可以看出，各缸歧管流量的偏差满足评价标准，最大、最小偏差均控制在±10%以内。不过仍然可以看出1缸和2缸的流量略微偏大，3缸和4缸的流量偏小。

2.流量因数结果

图4和图5显示了歧管流量因数计算结果，从计算结果来看，1缸流量因数最大而3缸流量因数最小，但是各缸流量因数偏差较小，能够满足歧管流量因数偏差为±2.5%的计算要求。

从流量和流量因数计算结果可以看出，1缸和2缸的进气效果优于3缸和4缸，主要原因是该发动机为小排量发动机，歧管的进气量较小，因此歧管的稳压腔空间设计较小，从而导致气体进入稳压腔后具有非常强的流动贯通性，当1缸歧管和2缸歧管开启时，大量的气体将会冲击到歧管后端再回流至1缸和2缸，势必会造成大量的能量损失，不利于1缸和2缸的进气。但是如本设计将歧管进口倾斜一定的角度，当1缸歧管和2缸歧管开启时，可以有效地避免大量的回流气体，减小了系统的压力损失，保证了1缸和2缸的进气，同时该设计也可以保证3缸和4缸的进气，从计算结果来看4个缸的进气量差别很小，说明歧管的设计结构合理。

3.压力分布结果

图6显示了各缸歧管开启时歧管内部压力分布状况，可以看出各缸歧管压力分布相似，未出现某缸压力损失较大的现象，说明了歧管的设计有利于气体均匀流动，歧管的设计能够满足发动机的要求。

结语

在设计阶段，通过计算分析可以对歧管内部气体的流动特征有清晰的了解，避免因设计缺陷造成不必要的损失。对于稳压腔较小的进气歧管，因歧管内部具有较强的流通性能，必须通过合理的设计保证1缸和2缸的进气量，增加进口倾斜度就是其中一条设计方案。在产品设计中，CFD技术可以有效地支撑产品的设计工作，提升整个产品的设计效能。