2022年汽车空气滤清器入口位置与形状对流动特性的影响分析研究.docx

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1、精品学习资源汽车空气滤清器入口位置与外形对流淌特性的影响讨论作者 陆曙光 周雪 哈尔滨工业高校汽车工程学院 , 威海,264209摘 要：空气滤清器是内燃机的重要部件，其性能直接影响内燃机的牢靠性和使用寿命；本课题针对夏利牌TJ7101 轿车用空气滤清器建立数学模型，采纳适用性较强的标准k- 双方程紊流运算模型，对空气滤清器内部气相三维粘性流淌进行了数值模拟，速度和压力的耦合关系采纳SIMPLE 算法；在流场运算的基础上，利用压力、速度矢量分布图来其显示其内部流场；本课题具体分析了入口位置、入口外形结构参数对空气滤清器内流淌性能的影响，得到 了各种影响因素下的速度场和压力场分布情形；通过对比分

2、析可知，入口位置对空气滤清器的流淌匀称性有明显的影响，将其放置于下壳体短边侧面且偏离中心0.01m 处时，空气滤清器内的压力缺失变小，速度分布也变得匀称对称，且在出口处的流速变得更大，这样的布置更加符合发动机的进气要求，所以合理设计入口外形可明显减小空气滤清器内的流淌的能量缺失；综合考虑以上因素，得出入口位置在下壳体短边侧面且偏离中心0.01m 处，入口管为斜直管且与底面成 30夹角空气滤清器的入口位置与外形为正确；关键词：空气滤清器； FLUENT ；入口位置与外形；数值模拟；The influence ofentrance position and shape in auto air fi

3、lterAuthor lushuguangSchool ofEnergy Science and Technology, Harbin Institute ofTechnology,Harbin 150001,China）Abstract: Airfilter is an important component of the inner combustion engine, and its performance directly affects the reliability and service life of the engine. First, the comparison for

4、the classification and performance ofair filters are introduced, the characteristics of air filters in this study are overviewed, the performance and the flow factors to affect dry air filters are analyzed.Second, the continuity equation, the momentum equation, and the standard k- two equation model

5、 are used to build the air filter flow theoretical model, the flow air is supposed as three-dimensional turbulence fluid, and the heat transference between the wall of the filter and air is not considered, the FVM is adopted for convection diffusion equation, and SIMPLE algorithm is used to calculat

6、e the coupling of pressure and velocity. The basic principles of the numerical simulation software FLUENT and the simulation steps are introduced briefly.Finally,the GAMBITof FLUENTis used to construct the computing grid of fine filter directly. The porosity, the convergence criteria and the boundar

7、y condition parameters are set, the flow field is simulated, and the results are analyzed.The results show that the flow of air in the chamber of the nether shell ofthe original model of air filter is not reasonable, with asymmetric working faces, for which high pressure drop and欢迎下载精品学习资源serious lo

8、sses of energy are produced. However, improved filters with more scientificstructures can not only improve the filtration efficiency but also extend the life of the filter.Key words: Air filer ；FLUENT ； entrance position and shape； numerical simulation1空气滤清器内三维紊流流场数值模型1.1 夏利 TJ7101 轿车用空气滤清器本课题对夏利 TJ

9、7101 轿车用空气滤清器内部流场进行数值模拟，图1-1 为所讨论空气滤清器的实物照片；该滤清器由连有进气管的下壳体和连有出气管的上壳体组成，内部腔内是纸质滤芯；上下壳体由钢扣扣紧；观看发觉：滤清器进气管为直管，且与下壳体侧面成 30夹角，出气管为1/4 圆管；图 1-1 空气滤清器 空气滤清器中全部的构件为肯定刚体；即：滤芯在工作过程中没有相对的轴向位移，上、下壳体及滤芯在工作中没有变形；这一假设主要忽视了形成流道的固体 壁面和工作介质之间的相互耦合作用；2工作介质在任何工况下密度变化很小；依据GB、 ISO 及 SAE各标准对空气欢迎下载精品学习资源滤清器的要求，工作介质密度和粘度在工作过

10、程中的变化很小，这意味着空气滤清器中的工作介质为典型的不行压缩粘性流体；3在同一工况下，空气的物性与多孔介质空气滤清器是等温的工作过程，工作介质的内能在工作中没有变化；本文只讨论工作介质的动力状况，不探讨工作介质的温度变化；不行压缩流体的能量方程独立于连续方程和动量方程之外；本文的最终讨论目的在于分析流场对空气滤清器性能参数的影响，为此只需要知道流场的速度场和压力场就已经足够；几何模型的建立是采纳 FLUENT的前处理软件 GAMBIT，最终生成的本课题讨论的原型空气滤清器的几何模型如图 1-2 所示：图 1-2原型空气滤清器的几何模型空气滤清器模型的基本尺寸如表1-1 所示：表 1-1原始模

11、型的基本尺寸结构入口直径出口直径滤芯尺寸滤清器上下壳体总体尺寸尺寸滤清器进气管与下壳体侧平面成30夹角；2内部滤芯区域设定为多孔介质区域，并单独用六面体结构化网格划分；3将下壳体与进气管连成一体，上壳体与出气管连成一体，二者均用四周体非结构化网格划分；4为简化处理，进、出气管均按实物标准画出部分图；其中进气管为直段， 出气管为 1/4 圆管；5入口管与侧面相交面椭圆面）位于下壳体侧面居中位置；出口管与上壳体相交面的圆心也位于上壳体居中位置；1.3 空气滤清器有限元模型对于规章的长方体滤芯区域，采纳结构化的六面体网格，使得运算更精确，更有效率；对于上下壳体及进气、出气管道，就采纳非结构化得四周体

12、网格，这样网格贴体性欢迎下载精品学习资源更优，运算结果也更符合实际情形；利用GAMBIT 里的Mesh 功能，设定网格间距为0.005m；对于本课题运算原型，最终得到的节点数和单元数如表1-2所示，网格检查截图如图 1-3 所示；表 1-2 网格数据节点数网格单元数滤芯1398112000上壳体1846692039下壳体1955398731图 1-3 网格检查截图1.4 边界条件的设置挑选标准k- 高雷诺数紊流模型，就需要运算湍流淌能k 和湍流耗散率 ；而这两个数值又与湍流度和湍流尺度相关联；工作中的空气滤清器在实际情形下其湍流度是特别小的，为了更接近于真实的流场，应当采纳尽可能小的湍流度，这

13、里取湍流度为经验值 0.5%，湍流尺度比相应的特点长度低一阶；湍流淌能k和湍流耗散率 的值分别为： k=0.00375 ； =0.0075467运算边界条件的设置如表1-3 所示；表 1-3边界条件的设置区域边界条件速度 v=10m/s入口湍流淌能 k=0.00375湍流耗散率 =0.0075467欢迎下载精品学习资源出口压力出口 Gauge Pressure=0 ，其他条件与入口条件一样滤芯作为多孔介质处理， Y 向粘性阻力为 3e+061/ ）， X、Z 向为 3e+081/滤芯）， Y 向惯性阻力为151/m）， X、Z 向为 15001/m） 孔隙率 0.8其它壁面采纳缺省的绝热固壁无

14、滑移条件2 空气滤清器内流场运算结果及分析通过 FLUENT的后处理模块，可以得到空气滤清器内流场任意截面上的流速矢量图和压力分布图，在这方面数值模拟比试验讨论系统有很大优势，空气滤清器的空气动力特性取决于空气滤清器内气流的速度匀称性和压力缺失的大小；本课题在验证数学模型牢靠性的基础上，绽开空气滤清器结构参数对流淌特性影响的讨论，模拟运算了入口位置、入口外形对空气滤清器内气体流淌的影响；2.1 入口外形与位置对流淌特性的影响在原型进气管为直管，且管的轴线与下壳体相应侧面成30角 模型 1）的基础上， 设计运算了当进气管改为1/4 圆管 模型 2）和进气管仍为直管，但将进气管往X 向的反方向分别

15、移动了0.01m模型 3）和 0.02m模型 4 ）的情形，各模型的网格图如2-1所示：模型 1 网格图模型 2 网格图模型 3 网格图模型 4 网格图图 2-1各模型网格欢迎下载精品学习资源各模型的网格数量和迭代步数如表2-1 所示：表 2-1不同入口外形 位置）模型的网格数量和迭代步数入口外形网格数量迭代步数直管模型 1）202770 4591/4 圆管段 模型 2）200109 452直管模型 3） 198170413直管:21-24.8 Dauglass M ， CFD Applications in the Automotive IndustryJournal of FluidsEngineering ，Transactions of the ASME ，l996.9.欢迎下载