李君 尹超

摘要：汽油濾清器是發(fā)動機(jī)的重要配件之一，其性能直接關(guān)系到發(fā)動機(jī)的使用狀態(tài)，有必要對汽油濾清器內(nèi)部流場進(jìn)行分析研究，為濾清器結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論基礎(chǔ)。通過對某型汽油濾清器內(nèi)部流場進(jìn)行分析，根據(jù)分析結(jié)果，提出了單側(cè)布置的喇叭口形狀進(jìn)、出口，外殼圓角過渡新結(jié)構(gòu)方案，改善了汽油濾清器內(nèi)部流體流動狀態(tài)。

關(guān)鍵詞：汽油濾清器；流場分析；模擬分析；結(jié)構(gòu)優(yōu)化

中圖分類號： TG435文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1672-1098（2017）04-0039-03

Abstract：Fuel filter is one of the important parts of engine， and its performance is directly related to the use of the engine condition. Therefore， it is necessary to research the internal flow field of fuel filter in order to provide the theoretical basis for filter structure optimization design. In this paper， the internal flow field in a certain type of fuel filter was analyzed. According to the result， a new structure was put forward， from which the import and export was designed as bell shape and unilateral arrangement， the rounded transition shell. Accordingly， the fluid flow status inside the fuel filter internal was improved.

Key words：fuel filter； flow field analysis； simulated analysis； structure optimization

汽油濾清器作為發(fā)動機(jī)的重要配件之一，其性能直接影響汽車發(fā)動機(jī)的使用狀態(tài)[1-2]。隨著汽車發(fā)動機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，其各項(xiàng)性能指標(biāo)與濾清器內(nèi)部的燃油流動的復(fù)雜流場密切相關(guān)，若流動不均勻，將會產(chǎn)生渦流和氣流分離，導(dǎo)致流動時阻力增加，進(jìn)而造成濾清過濾效率降低以及濾清器使用壽命縮短[3]。因此從提高發(fā)動機(jī)的效率、經(jīng)濟(jì)性及延長使用壽命等方面來說，有必要對汽油濾清器內(nèi)部進(jìn)行分析，研究其內(nèi)部流動狀態(tài)。文獻(xiàn)[4]針對傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)輔助系統(tǒng)中進(jìn)氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)多采用經(jīng)驗(yàn)公式，結(jié)果不夠準(zhǔn)確這一問題，提出了基于計(jì)算流體動力學(xué)的設(shè)計(jì)分析方法，應(yīng)用CFD軟件對車輛進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)行流場仿真模擬分析。文獻(xiàn)[5]運(yùn)用計(jì)算流體力學(xué)軟件對內(nèi)燃機(jī)空氣濾清器內(nèi)部氣固兩相流場進(jìn)行仿真，得到了氣固兩相流動仿真圖像。文獻(xiàn)[6]運(yùn)用HYPERMESH軟件對空氣濾清器建立了有限元模型，進(jìn)行了模態(tài)分析，獲得了固有頻率，改進(jìn)了濾清器結(jié)構(gòu)。文獻(xiàn)[7]使用燃油濾清器性能試驗(yàn)臺，通過調(diào)節(jié)進(jìn)、出口汽油流量，研究了在一定的壓力、流量條件下，濾清器過濾雜質(zhì)的性能參數(shù)。過濾器燃油流動的內(nèi)部流場特點(diǎn)復(fù)雜，把握不準(zhǔn)確，此外由于其工作環(huán)境的限制，人們很難真正了解到其工作時的內(nèi)部流動特性，也無法得到其內(nèi)部的全面流動信息，從提高發(fā)動機(jī)的效率、經(jīng)濟(jì)性及延長使用壽命等方面來說，有必要對汽油濾清器內(nèi)部進(jìn)行分析，研究其內(nèi)部流動狀態(tài)。

本文利用流體動力學(xué)仿真軟件對某型濾清器產(chǎn)品進(jìn)行內(nèi)部流場進(jìn)行分析，研究其幾何結(jié)構(gòu)對其內(nèi)部的流場分布情況的影響，應(yīng)用分析結(jié)果對濾清器幾何結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，為汽油濾清器設(shè)計(jì)提供必要的理論依據(jù)。

1模型建立

為研究汽油濾清器內(nèi)部流場，建立了某型號濾清器三維幾何模型，如圖1所示。最外側(cè)及最內(nèi)側(cè)為液體的流動區(qū)域，兩者之間的部分是濾芯。圖2為網(wǎng)格劃分圖。在對構(gòu)建完成后的幾何模型網(wǎng)格劃分時，根據(jù)需要與實(shí)際的情況，需對濾芯與進(jìn)出口單獨(dú)進(jìn)行網(wǎng)格劃分。

2邊界條件設(shè)置

汽油濾清器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖3所示，其中，a、b為速度入口，h、i為壓力出口，與濾芯底部相連的擋板e、f為固定壁面，b、i為對稱中心軸線，濾芯作多孔介質(zhì)處理，未指明的區(qū)域邊界類型作為固定壁面類型。選擇標(biāo)準(zhǔn)的雷諾數(shù)紊流模型。

3結(jié)果分析

圖4所為汽油濾清器內(nèi)部流線圖，反映了濾清器內(nèi)部流體的流動狀況。從圖4中可以看出，在濾清器邊角處，液流流動比較紊亂，且分布不均勻，出現(xiàn)湍流現(xiàn)象，在濾清器底部出現(xiàn)許多回流區(qū)域，并出現(xiàn)旋渦。從圖4中還可看出，當(dāng)流體透過多孔介質(zhì)區(qū)域后，產(chǎn)生明顯紊亂現(xiàn)象，湍流度比較大，由于濾清器模型是相互對稱的，因此為了更清晰的顯示內(nèi)部流場情況，從中選取某一截面進(jìn)行分析，如圖5所示是后處理y=0截面上的湍流情況。

從后處理后的速度、湍流情況來看，由于結(jié)構(gòu)問題，濾清器內(nèi)部速度場分布不均勻，流動紊亂，湍流度較大。

4結(jié)構(gòu)改進(jìn)及分析

如圖6所示，將濾清器將進(jìn)出口形狀改成為喇叭口，進(jìn)、出口的位置在濾清器的同一側(cè)，濾清器外殼形狀為圓角過渡。改進(jìn)模型網(wǎng)格劃分如圖7所示。如圖8所示為改進(jìn)模型內(nèi)部流線圖。如圖9所示為改進(jìn)模型y=0截面湍流情況。從圖8及圖9可以看出，改進(jìn)模型內(nèi)部速度分布趨于均勻，紊亂、湍流現(xiàn)象得到了明顯抑制，回流區(qū)基本消失。

5結(jié)論

1） 采用數(shù)值模擬方法，可以對汽油濾清器內(nèi)部流體流動情況進(jìn)行模擬分析。

2） 濾清器進(jìn)、出口形狀及其位置，以及濾清器外殼幾何形狀直接影響濾清器內(nèi)部流體的流動。

3） 喇叭口形狀進(jìn)出口，單側(cè)布置，以及外殼圓角過渡，能夠使濾清器內(nèi)部流體運(yùn)動速度分布趨于均勻，紊亂、湍流現(xiàn)象得到了明顯抑制，回流區(qū)基本消失。

參考文獻(xiàn)：

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（責(zé)任編輯：李麗）