干式空气滤清器内部流阻特性仿真研究.pdf

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1、第50卷第8期V01．50No．8农业装备与车辆工程AGRICUUFURALEQUIPMENT&VEHICLEENGINEERING2012年8月August2012干式空气滤清器内部流阻特性仿真研究刘鹏飞，洪进(315100浙江省宁波市鄞州德来特技术有限公司)[摘要]基于流体动力学理论，对某干式空气滤清器空腔本体及含滤芯滤清器系统的内部流场进行了仿真分析，在台架上对其进出口压差进行了试验测量，并对仿真结果和试验测量结果进行了对比：通过仿真结果，深入了解了该空气滤清器内部的速度场、压力场等分布规律，得到了流阻特性随流量的变化关系，对以后空气

2、滤清器的设计具有一定的指导意义、[关键词]空气滤清器；多孔介质；计算流体动力学；仿真；[中图分类号]U464．134+4[文献标志码]A[文章编号]1673—3142(2012)08—0055—030引言空气滤清器是发动机进气系统的一个重要部件，对于保证发动机的正常T作、延长发动机的寿命具有重要的意义。设计一种滤清效率高，进气阻力小，容尘能力强，体积小，重量轻，更换周期长，保养、维修、更换简单、安全可靠的空气滤清器，无论是从提高发动机的_T作效率及经济性指标，延长发动机的寿命．还是从节省成本的角度都具有非常重要的意义⋯。因此，为了深入了解空

3、气滤清器内部的压力、速度以及阻力特性等，本文对某空气滤清器的内部流场进行了仿真分析和试验研究。1数值计算方法流动的连续性方程、动量方程和能量方程可表示式(1)的通用形式【引。掣+div(pu垂)：div(Lgrad西)+S中。(1)UB式中，p——密度；西——广义的变量，如速度、温收稿日期：2012-05—15度等；，——时间；疋．一广义扩散系数；S厂广义源项。空气滤清器内流场控制方程采用时均Ⅳ一5方程，湍流模型采用标准k-e模型，压力一速度耦合采用SIMPLE算法。对于滤j芷：区域．可以把它看作一个多孔的连续空间．采用多孔介质模型。多孔介

4、质模型的实质是在动量方程的源项中添加附加的动量损失项。多孑L介质模型控制方程的附加动量源项由两部分组成，一部分是粘性损失项，另一部分是内部损失项[3，4；。对于滤芯，若采用多孑L介质模型，其流阻特性可表示如下。Vp=也v+C2秽‘。(2)“式中，a——渗透因子：c：——惯性阻力系数。上：堕唑单。(3)aD‘占。c，：盟型牟盟o(4)u，一1＼1，统￡其中，肛——空气的粘度；磷——滤芯的孔隙平均；刍{B眦玳陀?吣曲‰．帆li∽_暑m，～础河岫缸驸嘶妇池幽删峨～～一一一一～一一一～一～．一D两哆趴帅吼甜～葛淼焉：蚕¨叭～一一．耄⋯m一慨一一诎觚

5、一一一～～一～一一．斓U肿m"“m．罾“黜u一．洲m训洲‰椭一Ⅲ一一一一一一．一“m．¨v㈨ma．，斛羔黑篙m一一～，一一～～一胁㈣川～叭m．m～m川汀m．¨⋯洲”．一加Ⅷ崎M_暑m¨枷．?㈨一啪_～一l、i。ina比、_至：兰r吖n㈨I，i1．．●iItJ?”。．量舢帅川㈣‰‰州吲．州¨nA．=¨Ⅲ、0⋯小㈨^r门]ipJndn．三Ⅷ㈨．掣叶r刚一一一．一L一一．56农业装备与车辆工程2012链直径；8——滤芯的孔隙率。2计算模型采用四节点四面体单元对该空气滤清器实体模型(见图1)进行网格划分，得到的网格模型如图1所示。网格模型含节点51

6、,788个，单元264，448个。3边界条件施加进1l

7、．图1空气滤清器内腔实体模型和CFD网格模型Fig．1GeometryandCFDmeshmodelo{aircleaner假设空气滤清器中的流动为稳态流动。已知通过空气滤清器的流量，在计算中给定人口压力边界条件和出口流量边界条件，滤芯给定多孔介质边界条件。1)进口边界条件：设定为压力人口。数值为一个大气压。2)出口边界条件：设定流量出口，空气流量分别为90m3／h，180m3／h，270m3／h，360m3／h，450m3／h，540m3／h。4计算结果及分析在CFD求解器进行网格检

8、查和优化等前处理后，给定流体物理参数、进出口边界条件，并对滤芯区域设置多孔介质边界条件。湍流模型选择标准k-s模型，壁面附近采用标准壁面函数处理，对不同流量下带滤芯空气滤清器的内流场分别进行了仿真计算。以360m3／h流量为例．经过多次迭代计算结果收敛，计算得到的压力场云图和速度矢量云图分别如图2和图3所示。以360m3／h工况为例，由图2可以看出，滤芯’下部腔内压力较高，滤芯区域自下而上压力下降明显；滤芯上部整个腔体内压力基本相等：由于截面突然收缩，在出口管处压力梯度较大。由图3可以看出，滤芯对速度有明显的阻碍作用。经过滤芯后速度明显减小

9、，并且加滤芯后速度矢量在滤清器内没有折返现象。为便于比较分析，同时对不同流量下不含滤鹱躐+z图2360m3／h下的压力云图(带滤芯)Fig．2Pressurecontourat3