排氣歧管
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2021-07-23
排氣歧管的視頻教程
排氣歧管的實(shí)例教程
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某型排氣歧管溫度場仿真分析.pdf
某型排氣歧管溫度場仿真分析
1、分析目的
排氣歧管通常由鑄鐵或雙壁面焊接金屬制造而成。采用鑄造工藝的排氣歧管目前已廣泛應(yīng)用于汽油機(jī)或柴油機(jī)。排氣歧管應(yīng)當(dāng)有足夠的剛度以滿足在發(fā)動機(jī)開發(fā)過程中所需的主要設(shè)計(jì)目標(biāo)，比如動力性能，燃油經(jīng)濟(jì)性和排放。為了實(shí)現(xiàn)催化劑快速和高效啟動反應(yīng)，廢氣溫度應(yīng)該進(jìn)一步提升以確保催化劑更高的轉(zhuǎn)化效率，而排氣歧管也將承受更高的熱負(fù)荷。因此針對某排氣歧管應(yīng)用simsolid軟件對其執(zhí)行了溫度場仿真分析。
2、模型說明
選擇鐵素體球墨鑄鐵作為排氣歧管和增壓器渦殼材料，其材料屬性高度依賴于環(huán)境溫度。彈性模量和導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度的變化見圖1和圖2。排氣歧管幾何模型如圖3所示。
圖1 材料變溫下的彈性模量 圖2 材料變溫下的導(dǎo)熱系數(shù)
圖3 排氣歧管幾何模型
3、溫度場分析
排氣歧管溫度場分布是進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析最為重要的邊界條件。3D CFD計(jì)算結(jié)果傳遞局部換熱系數(shù)和近壁面氣體溫度，然后在一個工作循環(huán)周期內(nèi)進(jìn)行平均處理，即得到時間平均的換熱系數(shù)和近壁面氣體溫度。除了排氣歧管內(nèi)壁面的對流換熱外，排氣歧管外壁面的對流換熱和熱輻射對傳熱分析也至關(guān)重要。時間平均的換熱系數(shù)和近壁面氣體溫度一般會隨發(fā)動機(jī)實(shí)際工況而產(chǎn)生變化。在Simsolid軟件中定義排氣歧管內(nèi)外壁面的換熱系數(shù)和溫度，定義過程非常簡易，如圖4和圖5所示。
展開 <p><strong>1、實(shí)例簡介</strong></p><p> 本實(shí)例對排氣歧管內(nèi)的流場和溫度場進(jìn)行模擬。模型尺寸如下:</p><p class="ql-align-center"><img src="https://img.jishulink.com/202601/imgs/bc4ce603b3394cdd9f3974f7a94be2cf.png" height="341" width="539"></p><p>（1）、已知參數(shù)</p><p> 坐標(biāo)原點(diǎn):位移上圖紅色入口后方的螺栓孔中心，x軸沿三個進(jìn)口的中心，y軸向上，z軸向內(nèi)。</p><p> 上面三個進(jìn)口：溫度925k,速度10m/s,尺寸46mm*46mm</p><p> 下面一個出口：壓力出口，表壓0Pa,尺寸44mm*57mm</p><p>（2）、待求參數(shù):</p><p>整體及局部的流場、溫度場。</p><p><strong>2、文檔說明</strong></p><p>（1）、從本示例開始，命令的逐行注釋不再使用漢字“注”，而是改用TUI的注釋符號“；”（由于在記事本中很難區(qū)分中文分號；和英文分號;如果TUI提示“invalid command [?????????????]”請檢查是否使用了英文分號！！！）。</p><p>（2）、從本示例開始，所有TUI命令中會加入版本兼容命令/file/set-tui-version"20.2" (加入該命令后可以確保TUI命令能在新版本的Fluent中正常運(yùn)行，對本示例來說， 可以在Fluent2020R2以后的版本中正常運(yùn)行)。
展開 本文以發(fā)動機(jī)的排氣歧管和冷卻水套為例，講解了HyperMesh做前處理的應(yīng)用。對兩種排氣歧管方案劃分六面體網(wǎng)格，這樣既控制網(wǎng)格數(shù)量也保證網(wǎng)格質(zhì)量，計(jì)算得出排氣歧管混拼管縮口對催化器載體截面均勻性的提高有利。冷卻水套采用HyperMesh劃分網(wǎng)格，與流體軟件自動劃分網(wǎng)格相連，計(jì)算得到的結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果一致，這證明了這種劃分網(wǎng)格的方法滿足CFD計(jì)算需求。
55_HyperMesh在發(fā)動機(jī)CFD分析中的應(yīng)用_趙錚.pdf
鐵素體不銹鋼因具有良好的成形性、優(yōu)異的耐應(yīng)力腐蝕和抗高溫氧化性能及低成本等優(yōu)點(diǎn)，深受研究者和業(yè)界的青睞；且鐵素體不銹鋼具有合適的導(dǎo)熱系數(shù)及熱膨脹系數(shù)，適合應(yīng)用于熱交換及熱循環(huán)的場合；這些優(yōu)點(diǎn)使得鐵素體不銹鋼成為制備固體氧化物燃料電池(SOFC)連接體和汽車排氣歧管的最佳候選材料。
目前用于制造汽車排氣歧管的傳統(tǒng)鐵素體不銹鋼的工作溫度約為900oC，但為了適應(yīng)環(huán)保要求、滿足日益嚴(yán)苛的汽車尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)，并考慮汽油充分燃燒后的溫升，汽車排氣歧管的局部工作溫度將達(dá)到950–1050oC，甚至高達(dá)1100oC。為適應(yīng)新一代汽車排氣系統(tǒng)熱端在如此高溫環(huán)境下使用，有必要在了解合金化機(jī)理進(jìn)行合金設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步深入認(rèn)識新型鐵素體不銹鋼的高溫服役及其退化行為。已有研究表明，通過添加合金元素W，鐵素體不銹鋼的熱機(jī)械疲勞性能可得到改善，但W對鐵素體不銹鋼高溫抗氧化性能的影響研究較少。
此外，添加稀土元素也有希望提高鐵素體不銹鋼材料的高溫抗氧化性能及耐熱腐蝕性能。但是，迄今為止，合金元素的合適添加量及其作用機(jī)理仍不明確，尤其是高熔點(diǎn)合金元素W和稀土Ce的協(xié)同作用對鐵素體不銹鋼高溫抗氧化性能的影響機(jī)理需要進(jìn)一步探索。對多元合金化耐高溫鐵素體不銹鋼的高溫抗氧化行為及機(jī)理取得深入的認(rèn)識，將對新型耐高溫鐵素體不銹鋼的設(shè)計(jì)和應(yīng)用起重要關(guān)鍵作用。
該研究結(jié)果于2018年7月17日以“High temperature oxidation behavior of ferritic stainless steel containing W and Ce”為題，在線發(fā)表在國際著名期刊“Corrosion Science”上(5年影響因子為5.238)。該文的第一作者為博士研究生魏亮亮，陳禮清教授為該文通訊作者。
展開 圖6 原葉風(fēng)扇，8葉
圖7 大風(fēng)扇，7葉
2.4 壓縮機(jī)下移
考慮到輻射的強(qiáng)度和距離的平方成反比，考慮在情形一基礎(chǔ)上將壓縮機(jī)的布置位置遠(yuǎn)離熱源排氣管，將壓縮機(jī)下移50 mm。
2.5 增加預(yù)催隔熱罩
在情形一基礎(chǔ)上新增加的預(yù)催隔熱罩，如圖8是預(yù)催隔熱罩，以及預(yù)催隔熱罩相對于壓縮機(jī)的位置，預(yù)催隔熱罩遮擋住了預(yù)催對壓縮機(jī)的輻射，但是沒有包裹住預(yù)催上端部分對壓縮機(jī)的輻射，但是預(yù)催上端離壓縮機(jī)距離遠(yuǎn)一些，輻射的結(jié)果需要計(jì)算[4]。
隔熱罩為三層結(jié)構(gòu)，前后為鍍鋁鋼板，中間為纖維材料。更新隔熱效果更好的纖維材料，使得隔熱罩的熱導(dǎo)率降低約一半。
2.6 更改預(yù)催隔熱罩材料的屬性
圖8 預(yù)催隔熱罩形狀及與壓縮機(jī)的相對位置
針對機(jī)艙內(nèi)零部件的熱害問題主要包括以下2種情況：一是熱源通過熱輻射的方式對熱害部件加熱；另一種方式是熱量通過流體向熱害部件傳遞。對于上述壓縮機(jī)熱害問題，需要知道導(dǎo)致熱害產(chǎn)生的原因尤為重要，再根據(jù)產(chǎn)生熱害的原因?qū)ふ医鉀Q方案。
2.7 優(yōu)化的預(yù)催隔熱罩形狀
圖9顯示優(yōu)化后隔熱罩的形狀以及位置。和優(yōu)化前預(yù)催隔熱罩相比（圖8），第一優(yōu)化后的隔熱罩相比優(yōu)化前的要高一些，把來至預(yù)催上端的熱輻射也擋住了；第二優(yōu)化后的預(yù)催隔熱罩包裹住了預(yù)催上端，隔離了從排氣歧管上的來流，被預(yù)催再次加熱；第三優(yōu)化后的隔熱罩與排氣歧管隔熱罩之間做了很好的搭接（上圖紅色框線內(nèi)的位置），可以防止排氣歧管和預(yù)催加熱后的氣流從此處流向壓縮機(jī)[5]。
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排氣歧管的最新內(nèi)容
<p><strong>1、實(shí)例簡介</strong></p><p> 本實(shí)例對排氣歧管內(nèi)的流場和溫度場進(jìn)行模擬。
（組委會）陸亮（組委會）138（組委會）1821（組委會）9172（組委會）
參展范圍：
動力易損件：汽油濾清器、空氣濾清器、機(jī)油濾清器、散熱器、節(jié)溫器、活塞環(huán)、活塞銷、活塞銷襯套、正時鏈條、進(jìn)排氣歧管總成、油底殼、汽油泵等；
結(jié)構(gòu)易損件：輪轂、汽車輪胎、輪轂螺栓螺母、鋼板彈簧、鋼板彈簧襯套、空氣壓縮機(jī)、氣壓制動軟管、前后制動片、滾動軸承、緩沖膠、液壓制動軟管、盤式制動器等
參考案例-Simcenter STAR-CCM+ In-cylinder系列
· 進(jìn)排氣系統(tǒng)：優(yōu)化進(jìn)氣管路和排氣歧管的設(shè)計(jì)，減少流動損失，提高容積效率。
參考案例-熱傳遞和輻射-模擬操作：多時間尺度共軛傳熱
參考案例-熱傳遞和輻射-模擬操作：瞬態(tài)-瞬態(tài)多時間尺度共軛傳熱
4.
使用 ANSYS Fluent 培養(yǎng) CFD 流動分析技術(shù)方面的專業(yè)知識，包括分析熱交換器、排氣歧管、催化轉(zhuǎn)化器、風(fēng)洞
熟練掌握使用 ANSYS Fluent 進(jìn)行水密幾何工作流程和非均相流體混合仿真。
了解圓柱體表面流動分析、彎曲管道中流體混合、流經(jīng)會聚和發(fā)散截面的流動等基礎(chǔ)知識。
應(yīng)用所學(xué)的概念，使用 ANSYS Fluent 容錯網(wǎng)格劃分通過熱管執(zhí)行共軛傳熱分析和傳熱分析。
進(jìn)氣歧管
有進(jìn)就有出，在排氣管路上還有排氣歧管，多合一。
排氣歧管
無論是進(jìn)氣還是排氣，我們都希望氣流流經(jīng)各個支路的阻力盡可能一致，這樣才能保證每個氣缸的進(jìn)排氣量一致。
如何保證呢？CFD模擬是成本低且效率高的方法。
下面簡單展示個例子，基于智能熱流體仿真軟件AICFD做進(jìn)氣歧管流阻模擬。
模型為四缸發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣歧管，即進(jìn)氣總管分成四個支路。
汽車上，高溫區(qū)域主要有以下幾個區(qū)域：
排氣管
排氣歧管
廢氣再循環(huán)管或閥
消聲器
催化轉(zhuǎn)換器
渦輪增壓裝置
溫度這塊，對于線束布置來講，有以下的要求：
線束距離以上高溫區(qū)域裝置的最小距離不低于150mm，催化器需要做到300mm以上，并且需使用耐高溫的包扎物。
除用上述的斷火或斷油的方法查找工作不良的缸外，還可以用紅外線測溫儀在發(fā)動機(jī)剛起動后不久時測量各缸的排氣歧管的溫度差異。
2.自診斷系統(tǒng)對氣缸失火的監(jiān)控，在不同車系中，對點(diǎn)火系工作情況的監(jiān)控方式不同。OBD-Ⅱ診斷系統(tǒng)能夠?qū)Πl(fā)動機(jī)失火進(jìn)行連續(xù)的、精確的監(jiān)控，這主要是由發(fā)動機(jī)電腦的失火監(jiān)控器來完成。
采用PyFluent對排氣歧管網(wǎng)格進(jìn)行后處理
PyFluent后處理顯示了排氣歧管中流速的等值面
借助Python不斷前行
目前，這項(xiàng)工作仍在持續(xù)進(jìn)行中。
排氣歧管的TFSI分析案例
AcuSolve模型的管路入口為高溫高壓氣體，管路出口為大氣壓和環(huán)境溫度，管路外壁面是自然對流散熱邊界。AcuSolve結(jié)果傳遞給求解器OptiStruct再分析管路的熱應(yīng)力和變形。
這種情況可能發(fā)生在汽車的發(fā)動機(jī)艙中，其中電子模塊暴露在熱發(fā)動機(jī)部件和排氣歧管的輻射熱中。雖然物體的顏色在輻射冷卻中并不重要，但當(dāng)物體可以從寬帶輻射源吸收熱能時，顏色就很重要了，尤其是當(dāng)我們將電子封裝暴露在陽光下時。
二、自然對流和輻射換熱條件下的電子散熱器
半導(dǎo)體技術(shù)的快速發(fā)展已經(jīng)導(dǎo)致微電子器件的散熱增加。
