0 引言

汽車發動機進排氣系統設計的優劣，直接影響到發動機的動力性和經濟性，通常以管流量的均勻性以及流場流通性來評價管道的好壞。通過試驗證明，某9升柴油機在使用不同后處理排氣系統時，所需油耗也不同(如圖1所示)，排氣背壓每升高10kPa，額定點發動機油耗増加大約2.5g/kWh，因此在設計時，應近可能地使管道內表面光滑，降低排氣阻力，達到發動機的設計要求。

圖1 背壓與油耗關系

1 原始模型的分析

某排氣管道系統模型如圖2所示，采用Fluent軟件進行流場分析，入口為流量輸入，出口為壓力輸出，監測入口壓力。當監測點趨勢變化平緩，認為迭代收斂。此時得到的入口壓力為2224.76Pa。

圖2 排氣管道模型

2 HyperStudy分析

2.1 優化參數的定義

使用HyperMorph模塊中的Morphing技術對模型局部網格變形進行定義，該技術基于節點擾動矢量方法實現形狀的參數化，其基本原理如下：

其中I1為節點坐標矢量，I0為節點設計初始的坐標矢量，shape為與設計變量coeff有關的矢量擾動。

由于受空間的限制，模型的優化空間有限，此模型選取四個設計變量leng_l(shapel)、leng_2(shape2)、R1(shape3)和R2(shape4)，如圖3所示，其中leng_l(shapel)和leng_2(shape2)在Y向的移動距離空間分別為0至-42mm和0至-32mm，R1(shape3)在X向的移動距離空間為0至-12mm，R2(shape4)在Z向的移動距離空間為0至-16mm，通過改變這四個變量的尺寸，在管道體積滿足約束條件下，盡可能減少入口壓力。

圖3 形狀變量圖

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總結

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