进、排气道是汽车发动机的关键部件之一。直喷式柴油机的螺旋进气道对柴油机的混合气形成与燃烧，充量更换等方面均起到重要作用，而螺旋进气道又是所有发动机气道中外形最为复杂，设计要求最高的一类，其流动特性对柴油机性能的影响十分敏感，其优劣影响到汽车的经济性、动力性和有害物排放的水平。近年来对发动机性能更高的要求也促使气道的设计质量必须有进一步的提高。长期以来进气道的设计主要是依靠气道稳流试验测量其涡流比和流量系数来评定气道的性能。然而，这些测量结果是流动的综合量，只能表征流动的宏观特性，对进一步改进气道性能不可能提供更多信息，气道设计主要依靠设计者的经验。运用CFD 方法对气道内气体流动进行模拟计算, 可以实现较高精度的定量分析，获得气道内压力、流速等参数的分布规律, 并建立气道、气门和气缸的结构参数及其相对位置对流动特性的影响及与其特性(包括流量系数、涡流比等) 的关系, 为设计与改进提供依据。气道内气体流动的特点是气体流速较高, 一般将气体作为可压缩流体来处理, 同时, 气道的外形十分复杂, 对计算网格划分要求较高。本文应用FTRE软件，采用有限容积法，对YC6108ZQ柴油机的螺旋进气道进行了数值模拟研究。为进一步设计和改进气道探索了一套方法。首先建立螺旋进气道的几何模型。由于螺旋进气道的螺旋段部分形状极为不规则，为保证计算的准确性和提高精度，本文采用建模的逆向工程做法，即用三维坐标扫描仪对进气道的砂芯模型扫描，得到砂芯模型的点云图，再在三维造型软件CATIA中进行逆向处理，最后得到螺旋气道的几何模型图。这样得到的几何模型和原进气道在几何尺寸上相差无几，误差在0.2mm之内，为后续分网<WP=74>格和计算打下了良好的基础。计算网格的划分是流动数值模拟中涉及到的一个重要而又困难的问题。实际发动机中的流动区域一般具有不规则的复杂外形，例如发动机气道、燃烧室以及冷却水腔等，希望在网格划分中尽可能的保持计算区域与实际流动区域的一致，以保证计算精度。计算网格的疏密和计算网格的方便生成也是计算流体力学在实际设计工作中得到广泛应用的一个关键。本文在网格划分时，本着以上这些原则，并力求流体的流向在网格的法向上，最大网格边长控制在0.015m，最后得到整个进气道的网格数为56万左右，其中六面体网格占了绝大多数。图1就是气道的网格图。图1 气道网格图计算区域不仅包括了气道本身，而且包括了气缸部分，这主要考虑到两者之间存在不可分割的联系。例如气道相对于气缸的安装位置对气道特性就有很大的影响。同时这样也便于给出较为符合实际情况的边界条件。边界条件的确定原则主要是考虑符合实际稳流试验中的情况，将气道内的气体视为稳态的三维可压缩气体，主要给出了流动计算区域进口与出口的压力，对于进出口边界上的流速的大小与方向均不作任何限制。 <WP=75>1. 主要的计算工作包括： 气门升程分别为11.5mm、9.5mm、7.5mm、5.5mm、3.5mm、2mm时，进出口间压力差为5.3kPa（550mmH2O），进口温度为293K的工况；升程为11.5mm时，进出口压力差为5.3kPa（550mmH2O），进口温度为293K，气道相对于气缸中心线逆时针和顺时针旋转45o的工况；升程为11.5mm时，进出口压力差为5.3kPa（550mmH2O），进口温度为293K，气门倒角为45o的工况。2. 试验工作包括：1） 试验在传统的稳流实验台上进行；2) 试验采用等压差法；3) 气道进出口压差为5.3kPa，工况取气门升程分别为11.5 mm、9.5mm、7.5mm、5.5mm、3.5mm、2mm六种情况；4) 测量气道阻力和叶片转速，以间接计算涡流比。通过以上的计算，可以得到以下结果: 通过不同气门升程下的流动模拟计算，可以获得气道内部详细的流场 分布，比如压力、密度、速度、温度、湍动能、流体粘性等参数的分布。掌握这些参数的分布，为气道的设计和改进提供理论依据。 通过气道稳流试验，对比试验和计算结果，两者基本相符，验证了模拟计算的可靠性。图2是试验和计算结果的对比图。图2 试验和计算结果的质量流率对比 <WP=76> 通过计算气门座圈倒角为30o和45o两种情况，可知气门座圈倒角度数较大的气体质量流率较大，气体流量较大。 通过计算气道绕气门中心线逆时针或顺时针旋转45o，即气道安装位置变化的情况，可知旋转后气流的质量流率变小了，但湍动能逆时针旋转时变大，顺时针时变小；速度变化同湍动能的变化一致。在本文研究的基础上，可以建立进气道、气缸、活塞以及排气道的联合模型，并考虑活塞运动，在四个不同的冲程下对气道内流场和缸内流场的影响；探讨缸内燃烧、喷雾过程的模拟。这些应用都是具有重大意义的。