案例6 - 发动机缸内流动

1.案例介绍

本案例使用格物CAE不可压缩流模块，以二维核反应堆堆内流场为例。

随着能源危机和环境问题的日益严重，各国相继把开发高效低污染运行的汽车发动机作为重点发展的项目之一。发动机的进气过程是发动机工作循环的关键所在，进气冲程缸内形成的流动状态直接影响发动机燃烧过程中火焰的传播速度，燃烧的稳定性以及燃烧是否彻底，进而影响发动机的燃烧效率。本案例以发动机的一个缸为例，增加进气道，模拟进气过程以及气体在缸内的运动过程。

2.网格/计算文件

网格文件：Cylinder.med

计算文件：setup_cylinder.xml

3.操作说明

本案例在格物CAE->不可压缩流体模块中完成。

3.1 网格导入

下载网格文件，在 不可压缩流体仿真->网格 中，点击上传网格，依照指示将网格文件导入。

导入网格后，可通过鼠标左键移动视角，右击平移网格体。

3.2 湍流模型

点击 不可压缩流体仿真，进行湍流模型的选取。选择湍流模型为 k-epsilon，速度尺度设为 0 m/s, 勾选 在湍流方程中计算重力项 这个选项。

3.3 材料选择

点击 材料 右侧的 [+]，添加流体材料，选择 空气。

空气的运动粘度为 0.00152875 Pa·s，密度为 894 kg/m³。如图所示：

3.4 初始条件

点击 初始条件，保持默认初始条件。

3.5 边界条件

点击 边界条件 右侧的 [+]，依此进行如下边界条件的定义：

• 速度入口

选择速度入口，在速度栏填入速度大小，为 0.928156 m/s ；点击施加位置右侧的 [+]，施加位置选择 velocity-inlet-1 。

设置完成情况如图所示：

• 出口

选择出口，点击施加位置右侧的 [+]，施加位置选择 pressure-outlet-5 。

设置完成情况如图所示：

• 壁面

选择壁面，壁面类型为光滑，不开启滑移壁面，点击施加位置右侧的 [+]，施加位置选择 wall-2、wall-3、wall-4 。

设置完成情况如图所示：

3.6 时间设置

点击 时间步&资源，保持定时间步长计算，选择时间步数为 1000，时间步长为 0.0001 s，选择输出频率为 100，即每0.01秒输出一帧后处理结果，如图所示：

可在计算核数栏选择填入需要使用的计算核数。

4. 计算和仿真结果

设置完成后，点击 仿真结果，点击 开始计算，即可提交计算。

计算完成后，在不可压缩流体仿真处会显示绿色图标，此时可开始进行仿真结果的查看。

点击 仿真计算->结果云图，选择物理场为 Velocity/Magnitude ，点击播放键可观看流动过程。

在第 1000 步，即 t=0.1s 时，速度场云图分布如下：