1.1 设计选题的目的和意义

内燃机自1876年诞生以来，至今有近150年的发展历程。一百多年以来，经过世界各国科研人员的不断改进、创新，已经成为一种应用广泛、结构紧凑，热效率高的动力机械。而目前，汽油机和柴油机的广泛应用，尤其在车辆中的应用，已经占有重要的地位。相比柴油机，汽油机具有质量轻、体积小等特点。因此，汽油机在我国乘用车中的使用十分普遍。

然而近年来，随着社会的发展，由于石油燃料的燃烧所排放的废气对环境的污染问题，同时石油燃料的日益短缺与不可再生问题日益严重，节能减排已经成为各大汽车厂商不可避免的重大问题，随着“国六”的推出，污染排放控制这一问题更加突出。虽然因此，新能源汽车逐渐成为大家关注的焦点，但传统燃油车的市场占有率仍处于绝大部分，目前在乘用车中最主要的动力源仍然是内燃机，尤其是汽油机。因此，如何提高汽油机燃烧效率和减少排放污染问题已然迫在眉睫。

对发动机燃烧过程的改善，一般是通过改善汽油与空气的混合过程等。对于进气状态而言，则是通过提高进气时发动机燃烧室内的流量系数、滚流比、涡流比等。使得进气过程中发动机气缸内的混合气流动状态具有较大的能量。具体措施包括缩短进气道的长度，使进气道曲率半径减小，尽量使发动机进气道内部表面平滑过渡，不会有较大凸起或者突变。通过一系列办法减少进气道中气体的局部损失和沿程损失，从而提高进气过程中的流量系数。或者通过在发动机进气口设置导气屏以达到增大进气涡流的效果，增加发动机油气混合均匀的程度，从而提高发动机燃烧热效率，并减少发动机污染物排放。

一般进气道优化设计采用理论分析、实验验证和数值模拟方法。而传统的方式是通过搭建稳态试验台架，以此进行发动机气道优化设计，通过对气道进行稳流试验，测试出发动机进气道在稳态条件下的进气道性能。但由于该实验对气道设计者要求较高，稳流试验台制造费用高，设计周期长等缺点。同时存在稳流试验台架仅能对稳态条件下的进气道性能进行有效测试，无法对瞬态条件下的发动机进气道性能进行测试的问题，因此无法准确为发动机进气道优化设计提供充足的信息。随着计算机技术的发展，应用软件的普及，在内燃机领域逐渐开发出越来越多的流体仿真软件，在内燃机气道优化设计中，有FLUENT，STAR-CCM 以及CONVERGE这些流体仿真软件。目前，各大汽车厂商大多采用计算流体动力学（CFD）技术来研究发动机进气道优化技术，使用流体仿真软件模拟发动机运行工况，通过观察发动机气缸内流量系数、滚流比、涡流比等参数，分析关于发动机进气道优化的设计方案。

1.2国内外关于该论题的研究现状

自十九世纪八十年代开始，当计算流体动力学（CFD）技术逐步应用到内燃机领域中，各种各样的流体仿真软件也被相继开发出，如FLUENT，STAR-CCM 以及CONVERGE等。国外诸如美国、英国等由于在CFD方面研究较早，因此也较为深入，在发动机进气道优化方面已经取得较为显著的成果。随着CFD技术的进一步发展，如今，在汽车行业中，在发动机进气道的优化方面，已经形成较为完善的系统。CFD数值模拟技术已经由原来的科研领域逐步向实际应用转变。