基于UG的排气歧管的分析

朱红波（河南工业和信息化职业学院,河南　焦作　454000）

基于UG的排气歧管的分析

朱红波
（河南工业和信息化职业学院,河南焦作454000）

摘要：本文基于UG NX8.5流体仿真功能分析了汽车排气歧管中气体的流动状态、速度分布和压力分布等。

关键词：UG流体仿真；排气歧管；流速；压力

0　引言

UGNX流体运动仿真（NXFlow）就是用计算流体力学来准确、高效地仿真流体运动。一个基于元件的有限量CFD方案通过解算Savier-Stock方程式来计算三维流体的速度、压力和密度等参数。

1　问题描述

排气歧管（如图1所示）一般是汽车排气系统里面结构较为复杂的部分，因为其对长度、弯度和口径等尺寸形状的要求严格，令开发和制作的成本很高，同时排气歧管的设计优良与否对整套排气系统的吸排作用效果有着决定性的影响，从而也对发动机的性能发挥有着一定程度的影响。本文以常见的四缸发动机排气歧管为分析对象，排气管采用两根排气歧管先汇总成一根管，再与另外两歧管汇总成一根管汇总成一条排气管的四出二出一的设计，有利于低速时的扭力输出，较适合日常行车只用。

2　排气歧管仿真分析

2.1创建流体分析计算域

在UG建模环境下，建立如图1的歧管模型。然后通过抽取体和删除面命令，最终得出流体分析的计算域，如图2所示。

图1　排气歧管

图2　流体分析计算域

2.2创建有限元模型

进入UG的高级仿真环境，在新建FEM命令，选择NXThermal/ Flow模板，在分析类型中选择流，即可进入创建有限元模型的环境。

2.3指派材料属性及划分网格

给计算流域指派材料为air，密度：1.207e-009kg/mm3，动力粘度：1.85e-008，摩尔质量：0.02897kg，气体常数：2.87e+008microJ/kgK。创建3D网格收集器：Solid(1)。对计算流域创建3D四面体10节点网格，单元格系统自动指派大小为11.7mm。对于运动情况较复杂的流体，如果运动较为紊乱，则流体与壁面接触区域必须要比较精细，一则是为了分析的精确性；二则为了后处理的需要。所以手动指派网格大小为5mm，对网格精细划分，以提高解算的精度。并勾选自动修复有故障的单元选项，网格收集器手动选择为Solid(1)，然后其他选项保存默认。网格划分结果如图3所示，网格类型：3D，网格中的单元数：95808，网格中的节点数：149508，网格方法信息ElementType：TET10。对有限元模型网格划分进行检查，结果：0个失败，0个警告，说明网格划分质量很高，符合要求。

2.4创建仿真模型与解算方案

在仿真导航器中，右击fem文件节点的，新建sim仿真文件，在模板列表中选择NXThermal/Flow，默认其他的选项设置。在解算方案栏下保持求解器为NXThermal/Flow，分析类型选择流，解算方案类型选择高级流，用连续求解器求解，湍流类型设置为混合长度，解算方案类型为稳态分析。在条件环境标签下，把重力方向设置为Z轴负方向，保持其他选择不变。

2.5施加边界条件和约束

选择仿真导航器里面选择sim节点作为工作部件，在流边界条件对话框里，设置歧管的4进口及旁路进口类型为入口流，模式为速度，表达式为1000mm/s，外部条件为环境光。然后，选择总管大出口面，设置其类型为开口，其他保持默认设置。

2.6方案求解及后处理

对方案进行求解，得到速度云图，如图4所示，由速度云图可知，流速最大值为2198.258mm/s，单元编号为142999，最大流速出现在旁路排气管的转折内圆角处，且旁路管进口部位附近流速都比其他部位大，在此处气体流动局部损失会比较大，需要进行设计优化，降低流速，把动压转变成静压，减少流动阻力损失；流速最小值为14.859mm/s，单元编号为148484，最小流速位于总管出口处。四个主排气管流速数值分布比较接近，说明设计合理。利用结果测量命令对流速、压力进行提取，结果如表1。

图3　网格划分结果

图4　速度云图

表1　流速、压力测量结果

3　结语

通过对排气歧管抽取计算流域，建立有限元模型施加边界条件等前处理，求解和分析等后处理，得出了流动的速度云图，分析了排气歧管速度的大小分布，同时也给出了静压力和总压力的平均值和最大值，以及最大值的单元格编号。为排气歧管的机构设计和优化提供了参考。

参考文献：

[1]胡仁喜,康士廷.UG NX8.5动力学与有限元分析从入门到精通[M].机械工业出版社,2014.

[2]沈春根,王贵成,王树林.UG NX7.0有限元分析从入门与实例精讲[M].北京:机械工业出版社,2010.

[3]刘婕.流体机械[M].北京:煤炭工业出版社,2012.

作者简介：朱红波（1981-），男，本科 ，主要从事：机械方面教学及研究。