基于FLUENT的汽油滤清器内部流场数值模拟

作者:汤哲鹤 刊名:汽车零部件 上传者:马学敏

【摘要】基于FLUENT流体分析软件,研究某车型汽油滤清器的内部流场,通过数值模拟既能掌握滤清器内部流动特性,也能为优化滤清器结构设计提供理论基础。在汽油滤清器工作时,滤纸能过滤汽油中孔径较大的颗粒与水,从而导致滤清器内部存在较大的压降。数值模拟结果表明:当t=0.01s时,进出口的压差△p=136kPa,但是随着时间的推移压降快速下降;当t=0.1s时,压降减少的幅度降低,此时△p=17kPa;当t=0.15s以后,压降趋于稳定,△p=11kPa。数值模拟结果表明:此款滤清器在压降性能方面表现良好,满足低压燃油系统对滤清器的要求(≤20kPa)。

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0引言和浙江温州等地,其设计大多是基于国外产品进行逆向设计,汽油滤清器作为燃油系统的重要配件之一,其性能直接影这种设计方法需要投入较大的成本和周期。响发动机的使用性能和工作寿命。同时,还关系到发动机的经济性和动力性。其主要工作原理是依靠其内部滤芯的多孔介质结构将汽油中有害发动机的较大颗粒物质和水分离,并且将干净的汽油输送到气缸内燃烧。与此同时,滤清器以一定回油方式(短回油、长回油或者无回油),将多余的燃油返回到油箱。图1所示为Bosch某款电喷式汽油发动机系统,汽油在系统中的流动方向如图所示。从图1可知,滤清器通常布置在高压油泵和低压油泵之间,这种布置方式具有结构简单、工作可靠的特点。这主要是由于滤清器通常需要工作在较高的压力下,这样才能有效去除燃油中的杂质和水,并且保证过滤后的燃油仍具有较高压力抵达高压油泵。目前,我国滤清器行业发展迅猛,但是和发达国家相比仍存在较大的差距。国内OEM的配套已大部分实现国产化,但图1博世电喷式汽油发动机系统是正向研发的全新产品极少,基本停留在对国外产品样件的测但是,国际上实力较强的滤清器公司先后在国内建立合资绘阶段。较有名的滤清器厂家目前分布在安徽蚌埠、河南新乡或外资企业,如SOFIMA、弗列加、Donaldson等公司,在国际 市场开发经验和研发能力等方面都很强[1],特别与OEM的匹1.2多空介质模型理论基础配优势使其在国内占尽先机,并且其配套范围是不断扩大,对多空介质是指具有多孔骨架构成的空隙空间中充满单相或国内滤清器行业形成挤压态势。者多相的复杂介质,比如燃油系统中滤清器的滤芯、碳罐的碳近年来,我国科研机构与高等院校对汽油滤清器的研究大粉[4-5]等。从广义上说,大部分材料都属于多孔介质。多停留在台架试验方面,比如上海第二工业大学的科研工作者滤清器的工作原理主要是通过滤纸过滤掉有害发动机的较们通过搭载台架试验,采用采集滤清器数据和试验相结合的方大颗粒杂质和水,因此滤纸就是多孔介质。从本质上说,多孔法,主要通过调节进口与出口的流量,分析一定压力和流量条介质模型就是在动量方程(2)中增加一个代表动量的消耗源件下,滤清器过滤杂质的性能参数[2]。随着CFD(Computa-项,如式(3)所示:tionalFluidDynamics)软件分析技术的逐渐发展,许多高校与Si=-(1vi+C2v2magvi)(3)企业的科研工作者们开始逐步使用它进行流场问题的分析。滤清器的过滤介质即滤纸,可以看作流体中的多孔介质模型,因式中:为流体的动力黏度,Pas;为多孔介质的渗透性;此可以将滤清器的流场问题用FLUENT进行数值模拟。据调C2为惯性阻尼因子;vmag为绝对速度,m/s;vi为i方向上的速查,目前运用FLUENT进行滤清器内部流场分析还是比较少,度,m/s。但是在空气滤清器领域已经比较成熟,如吉林大学成凯教授成流体在流过多孔介质时,通常被看成是层流流动,压降正功运用FLUENT软件对车辆空气供给系统做了流场分析模拟,比于速度。如果常数C2=0,忽略对流加速和扩散,多孔介质就简化为Darcy定律[6]山东工业学院王仁人课题组用FLUENT对发动机中空气滤清器,如式(4)所示:进行气固两相流数值模拟[3]。p=-v(4)1数学模型2有限元模型的建立1.1流体力学基本控制方程文中分析的滤清器内部流场是以某车型上的滤清器为研究汽油在滤清器的流动受到物理方程控制,其主要的控制方对象,实物如图2所示。采用3D软件CATIAV5将此实物建成程有质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程等。3D数模,如图3所示。1.1.1质量守恒定

参考文献

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