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| 近年来，随着汽车工业快速发展，汽车的节能减排成为一个热点话题，也成为国内外汽车科研工作者研究的主要问题之一。车用柴油机进气道的结构和形态直接影响着进气道的流通特性，涡流比和流量系数是评价柴油机进气道流通特性的两个主要指标。因此，如何有效的改善进气道的流通特性即提高进入气缸的空气流量和涡流强度是汽车节能减排的有效途径。目前，国内外学者的研究重点主要通过改变进气道的形态结构来改善其流通特性。20世纪末到21世纪初，随着理论研究和先进测量技术的进步，仿生非光滑表面的减粘降阻效应在机械中得到了广泛的发展和应用。借鉴仿生非光滑表面的减粘降阻理论及现有的研究成果，将仿生非光滑单元体应用到进气道的内表面，通过计算进气道涡流比和流量系数来验证仿生非光滑表面对进气道流通特性的积极作用，从而提出一种改善柴油机进气道的新技术，使汽车达到节能减排的目的。对仿生非光滑表面进气道模型进行CFD数值模拟分析，计算出进气道的流量系数和涡流比，通过与原光滑表面进气道的流量系数和涡流比进行对比，验证仿生非光滑表面对进气道流通特性的促进作用。首先通过对现有仿生非光滑表面理论和技术的研究，结合柴油机进气道的具体结构和形态，提取了凹坑形、凸包形、U形沟槽和V形沟槽四种仿生非光滑单元体对进气道的内表面进形处理。试验性的选取了单元体的尺寸：凹坑形和凸包形仿生单元体选择了宽度为3mm、4mm和5mm，U形沟槽单元体宽度选择了4mm、6mm和8mm，V形沟槽单元体宽度选择了1mm、2mm和3mm，四种仿生单元体模型的深度都选择了0.5mm、1mm和1.5mm。CFD数值模拟过程中应用CAITA软件进行进气道三维建模，Hypermesh软件进行模型网格划分，FLUENT软件进行流场计算。进气道模型数值模拟完成后输出相应的数据，按照Ricardo方法计算出每个进气道模型的涡流比和流量系数，通过列表和画散点图的方法对进气道模型的涡流比进行了对比分析，列出了每个模型的最优值。通过极差分析确定每种仿生非光滑单元体模型的最优水平和主次因素。通过对进气道CFD数值模拟得出的涡流比和流量系数对比分析得出：仿生非光滑表面对柴油机进气道流量系数的影响不大，通常较原光滑表面进气道的流量系数有减小，除个别进气道模型外，其余进气道模型数值很小，考虑到数值模拟仿真试验存在误差，因此可以认为大部分仿生非光滑单元体对进气道流量系数影响不大；仿生非光滑单元体对进气道涡流的形成有较大的影响，从数据中可以看出仿生非光滑表面进气道涡流比普遍增加，个别进气道模型的涡流比降低，分析原因可能由于所选仿生单元体尺寸的大小引起的差异。结合实际柴油机性能匹配过程中，希望对进气涡流进行调节既在流量系数减小程度较小时，换来涡流比较大程度的增加，基于此理论，可以认为仿生非光滑表面对柴油机螺旋进气道的流通特性有促进作用。在所选的四种仿生非光滑单元体及试验性选取的尺寸确定的仿生非光滑表面进气道模型中，凹坑形仿生非光滑单元体对进气道涡流的作用要优于其他三种仿生非光滑单元体，其中宽度4mm，深度1.0mm凹坑形仿生单元体对进气道涡流的作用最大，其次是深度4mm，宽度1.0mm凸包形仿生单元体，再次是宽度6mm，深度1.5mmU形沟槽仿生单元体，最后是宽度2mm，深度0.5mmV形沟槽仿生单元体。 |
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