本案例利用Fluent中的In-Cylinder方法模拟发动机气缸内活塞运动导致的压力及温度变化，并将仿真结果与解析值进行比较。

计算模型如下图所示。气缸活塞往复运动受曲轴控制，本案例利用2D模型模拟气缸，活塞运动通过In-Cylinder方法进行指定。

计算域尺寸如图所示。

假定缸内气体压缩过程为绝热。案例利用in-cylinder、弹簧光顺及网格重构算法模拟边界运动。

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创建几何及网格

本案例几何及网格均较为简单，按上图所示建立几何模型并划分三角形网格。边界命名及网格如下图所示。

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Fluent设置

• 以2D、Double Precision模式启动Fluent

• 读取网格文件ex20.msh

2.1 General设置

• 双击模型树节点General，设置采用Transient计算

2.2 Models设置

• 右键选择模型树节点Models > Energy，点击弹出菜单项On激活能量方程

2.3 Materials设置

• 鼠标双击模型树节点Materials > fluid > air，弹出的材料设置对话框中，设置Density为ideal-gas*

2.4 Boundary Conditions

本案例所有边界均为绝热壁面边界，采用默认参数设置。

2.5 Dynamic Mesh设置

• 鼠标双击模型树节点Dynamic Mesh，右侧面板激活选项Dynamic Mesh

• 激活选项Smoothing、Remeshing及In-Cylinder

• 选择Mesh Methods下方的Settings…，弹出设置对话框，如下图所示设置Smoothing标签页下参数

• 如下图所示设置Remeshing标签页下参数

• 点击Options下方按钮Settings…，如下图所示设置曲柄连杆参数

• 鼠标双击模型树节点Dynamic Mesh，点击右侧面板中Dynamic Mesh Zone下方按钮Create/Edit…弹出设置对话框

• 如下图所示设置Moving_wall为Rigid Body及参数

• 如下图所示设置Meshing Options

• 设置side_walls为Deforming，几何参数定义如下图所示

• 如下图所示设置Meshing Options参数

2.6 Methods设置

• 鼠标双击模型树节点Methods，如下图所示设置右侧面板参数

2.7 Report Definitions定义

• 右键选择模型树节点Report Definitions，选择弹出菜单New → Volume Report → Volume-Average…弹出设置对话框

• 如下图所示，监控区域平均压力

• 相同的方式监测计算域温度

2.8 Initialization

• 右键选择模型树节点Initialization，点击弹出菜单项Initialize开始初始化

2.9 Run Calculation

• 鼠标双击模型树节点Run Calculation，右侧面板设置Number of Time Steps为180

• 点击Calculate开始计算

注：

这里设置的时间步数实际上是指定曲柄旋转的角度，180度为旋转半个周期

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计算结果

• 计算监测得到的压力随时间变化

• 监测得到的平均温度随时间变化曲线

• 计算压力值与解析解的对比

• 计算温度值与解析解的对比

参考文献：

L.D. Russell, G.A. Adebiyi, Classical Thermodynamics, Saunders College Publishing, Philadelphia, PA, 1993

相关文件

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