二冲程发动机扫气过程：动态模拟与性能优化

1     启动FLUENT并导入网格

1）在Windows系统下执行“开始”→“所有程序”→ANSYS 19.2→Fluid Dynamics→FLUENT 19.2命令，启动FLUENT 19.2。

2）在FLUENT Launcher界面中的Dimension中选择3D，在Option中选择Double Precision，在Display Options中勾选Display Mesh After Reading，Embed Graphics Windows和Workbench Color Scheme，单击OK按钮进入FLUENT主界面。

3）在FLUENT主界面中，单击主菜单中File→Read→Mesh按钮，弹出Select File（导入网格）对话框，选择文件名为2-stroke-engine-scavenging.msh.gz的网格文件，单击OK按钮便可导入网格。

4）导入网格后，在图形显示区将显示几何模型。

5）单击主菜单中Mesh→Check按钮，检查网格质量，确保不存在负体积。

6）单击主菜单中Mesh→Transform→Scale按钮，在View Length Unit In处选择mm，在Mesh Was Created In处选择mm，单击Scale按钮并关闭窗口。

2   设置分界面

1）单击主菜单中Setting Up Domain→Interface→Mesh按钮，弹出Mesh Interfaces（网格分界面）面板。

2）单击Manual Create按钮，弹出Create/Edit Mesh Interfaces（创建/编辑网格分界面）对话框，创建以下对应的Interface。

3   定义求解器

1）单击命令结构树中General按钮，弹出General（总体模型设定）面板。在SolverTime中选择Transient。

4    定义模型

1）在模型设定面板Models中双击Viscous按钮，弹出Viscous Model（湍流模型）对话框，在Model中选择k-epsilon (2eqn)，单击OK按钮确认并关闭对话框。

2）在模型设定面板Models中双击Species按钮，弹出Species Model（组分输运模型）对话框，勾选Species Transport，在Options中选择Inlet Diffusion，单击OK按钮确认。

5    设置材料

1）单击主菜单中Setting Up Physics→Zones→Create/Edit，弹出Create/Edit Materials（材料）对话框。单击FLUENT Database按钮弹出Fluent Database Materials对话框，在Material Type处选择fluid，在Fluent Fluid materials中选择carbon dioxide (co2)，单击Copy按钮并关闭Fluent Database Materials对话框。

在Create/Edit Materials（材料）对话框中，将CO2的Cp选择为constant，单击Change/Create按钮。

2）在Create/Edit Materials（材料）对话框中，在Material Type处选择mixture，在Name处填入scavenging-template，在Mixture Species处单击Edit按钮，弹出Species对话框，将carbon-dioxide (co2)和air选入Selected species，将h2o, o2和n2移除，单击OK按钮确认。

3）在Create/Edit Materials（材料）对话框中，在Density处选择ideal-gas，单击Change/Create按钮确认物质修改。

6    动网格设置

1）在命令结构树中Dynamic Mesh按钮，弹出Dynamic Mesh（动网格）对话框，勾选Dynamic Mesh，在Mesh Methods中选择勾选Smoothing、Layering和Remeshing。

2）单击Mesh Methods中Settings按钮弹出Mesh Method Settings对话框，在Layering选项卡中，Options中选择Ratio Based，在Collapse Factor中填入0.4，单击OK按钮确认并关闭对话框。

3）在Options中勾选In-Cylinder，单击Options中Settings按钮弹出Options对话框，如下图所示，填入发动机主要物理参数，单击OK按钮确认并关闭对话框。

4）在Dynamic Mesh Zones中单击Create/Edit按钮，弹出Dynamic Mesh Zones（动网格区域）对话框。

在Zone Names中选择fluid-cylinder-top-layer，在Type中选择Rigid Body，在Motion Attributes选项卡中，Motion UDF/Profile选择piston-full，在Valve/Piston Axis中对应填入（0，0，1），单击Create按钮创建动网格区域。

在Zone Names中选择piston，在Type中选择Rigid Body，在Motion Attributes选项卡中，Motion UDF/Profile选择piston-full，在Valve/Piston Axis中对应填入（0，0，1），在Meshing Options选项卡中Cell Height输入0.9，单击Create按钮创建动网格区域。

在Zone Names中选择wall-deck，在Type中选择Stationary，在Mesh Options选项卡中，Cell Height输入0.9，单击Create按钮创建动网格区域。

在Zone Names中选择default-interior:030，在Type中选择Stationary，在Mesh Options选项卡中，对应fluid-cylinder的Cell Height输入0，对应fluid-cylinder-top-layer的Cell Height输入0.9，单击Create按钮创建动网格区域。

7    边界条件

1）单击主菜单中Setting Up Physics→Zones→Boundaries按钮启动的边界条件面板。

2）在边界条件面板中，双击inlet-box弹出边界条件设置对话框。在Gauge Total Pressure中输入132.11，在Turbulence中选择Intensity and Viscosity Ratio，其中Turbulent Intensity填入7。在Thermal选项卡中，Total Temperature输入293。在Species选项卡中，Species Mass Fractions输入1，单击OK按钮关闭对话框。

3）在边界条件面板中，双击outlet弹出边界条件设置对话框。在Thermal选项卡中，Total Temperature输入293。

在Species选项卡中，Species Mass Fractions输入0，单击OK按钮确认退出。

8    求解控制

1）单击主菜单中Solving→Solution→Methods按钮，弹出Solution Methods（求解方法设置）面板。在Scheme中选择PISO，Skewness Correction中填入0。

2）单击主菜单中Solving→Controls→Controls按钮，弹出Solution Controls（松弛因子控制）面板。在Under-Relaxation Factor中Pressure中填入0.6，Turbulence Kinetic Energy中填入0.7，Turbulence Dissipation Ratio填入0.7。

3）单击主菜单中Solving→Reports→Residuals按钮，弹出Residuals Monitors（残差监视）面板，在Options中选择Plot，在Absolute Criteria中对应continuity填入0.2，单击OK按钮确认退出。

9    初始条件

1）单击主菜单中Solving→Initialization按钮，弹出Solution Initialization（初始化设置）面板。

Initialization Methods中选择Standard Initialization，在Temperature中输入293，单击Initialize按钮进行初始化。

2）在Solution Initialization（初始化设置）面板中，单击Patch按钮弹出Patch对话框，在Variable中选择Pressure，在Value中输入132.11，在Zones to Patch中选择fluid-box和fluid-inlet，单击Patch按钮。

在Variable中选择co2，在Value中输入1，在Zones to Patch中选择fluid-box和fluid-inlet，单击Patch按钮。

11   计算求解

1）单击主菜单中Solving→Activities→Autosave按钮，弹出Autosave（自动保存）对话框，设置Save Data File Every为90。

2）单击主菜单中Solving→Run Calculation按钮，弹出Run Calculation（运行计算）面板。

在Number of Time Steps中输入900，单击Calculate开始计算。

11   结果后处理

1）在Graphics下双击Contous弹出Contous（等值线）对话框。Contous of选择Species和Mole fraction of co2，在Options中选择Filled，在Surface中选择Symmetry，单击Display按钮，显示云图。

算例下载地址：

https://pan.baidu.com/s/1pKCb_XvJT474S6BBDZkXCQ 提取码: ataf

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