车用发动机油气分离器的数值模拟研究

应用CFD分析软件研究了某汽油机迷宫式油气分离系统。重点对其原设计方案的流动特性和油气分离效率进行了数值模拟研究。另外,又针对性地设计了4组对比方案来探讨多孔过滤板个数、多孔过滤板上孔的个数、多孔过滤板上孔的直径和窜气入口孔的个数等4个主要结构参数对油气分离器系统压降和系统分离效率两大特性的影响。     

高强化柴油机迷宫式油气分离器结构影响研究

迷宫式油气分离器是重型柴油机油气预分离的主要设备，其性能直接影响柴油机排放达标度。基于CFD仿真在高窜气量下研究了迷宫式油气分离器主要结构参数对压力损失和分离效率的影响规律，包括过滤孔孔径、过滤孔板间距和过滤孔数量，并基于发动机试验台架对不同油气分离器的压力损失和分离效率开展试验验证。结果表明：在高窜气量条件下，对于以交错孔板进行分离的迷宫式油气分离器，对压力损失影响最大的是过滤孔板孔径，对分离效率影响最大的是过滤孔数量；在迷宫式油气分离器设计时应重点关注孔板开孔率。     

发动机油气分离模拟分析及试验验证

<正>近年来,由于汽车发动机气缸罩盖塑料化,导致发动机油气分离结构型式需要重新设计。使用CFD仿真分析软件对发动机油气分离器内气液两相流场进行了数值模拟,分析了3种不同结构(改进前后)迷宫式油气分离器的流动分布、压力损失,根据仿真分析结果选择最优化设计方案并设计了一种简单而有效的试验方法对油气分离器分离效率间接进行验证。油气分离器的结构和工作原理油气分离器的作用是收集窜气中夹带的机油颗粒并通过回油管路引回曲轴箱油底壳,一方面防止机     

4G15D缸内直喷发动机油气分离模拟分析及试验验证

某4G15D缸内直喷发动机由于在缸盖罩位置布置高压油泵,导致气缸盖罩油气分离部分空间被占用,需要重新设计该款缸内直喷发动机油气分离结构型式。使用CFD仿真分析软件对发动机油气分离器内气液两相流场进行了数值模拟,分析了3种不同结构(改进前后)迷宫式油气分离器的流动分布、压力损失,采用离散模型模拟油滴粒子喷射,假定油滴粒子与壁面碰撞后即被捕捉,进而得出不同直径油滴的油气分离效率,根据仿真分析结果选择最优化设计方案;设计了一种简单而有效的试验方法对油气分离器分离效率间接进行验证。结果表明,采用CFD软件模拟计算方法能够计算出油气分离器油气分离效率,获得的结果反映了流动本质。在模拟分析过程中,油滴直径设定在1～15μm范围内时,根据所需要的油气分离效率优化设计油气分离结构,满足了最终产品要求。同时,在计算分析准确的前提下,提出了相应试验验证方法。     

危险品收纳车固体颗粒分离系统仿真分析

为防止在收集因交通事故泄漏的危险品时产生二次污染,危险品收纳车必须对被收纳物质进行介质分离过滤。根据收纳车气固分离的需要,对收纳车分离器的结构组成、工作原理进行了分析,采用有限元分析方法对分离器进行建模。因危险品固体颗粒在真空收集时其在空气气流中呈分散运动,且颗粒间相互作用对其运动无明显影响,这种气流属于一种稀相流的两相流。在仿真过程中,先进行空气的连续相流场仿真,在此基础上,再增加粒子的离散相分析。分析了气流入口速度、粒径大小对分离器分离效率的影响。对灰斗的结构布局进行了一定改进,提高了分离器的分离效率。     

Simulation on the Efficiency of Labyrinthian Oil-air Separator in a GDI Engine

鉴于在增压直喷汽油机中,常因油气分离器分离效率低下导致机油进入燃烧室形成的局部热点而引起“超级爆震”,以及采用CFD进行油气分离器效率分析仿真又存在计算较难收敛和对计算资源要求较高等问题,本文中介绍了另外一种两相流计算方法一欧拉-拉格朗日算法.首先采用欧拉算法进行油气分离器的气相流场计算,然后以此计算结果为基础,将机油粒子引入其中,采用拉格朗日粒子追踪算法对液相流场进行分析,求得粒子在流场中的运动规律和状态,间接求出油气分离器的分离效率.通过方案对比,选择出油气分离器的最佳结构.     

曲轴箱通风系统试验开发研究

现有的发动机油气分离器需要利用滤芯进行分离过滤,随着时间的推移,滤芯上污物的累积将会使分离效率严重下降,效率和经济性都不理想。在-35°的低温下,由于阻力较大,废气中的水经滤芯过滤,易将滤芯冻住,丧失油气分离效果,造成发动机排放超标。文章提出使用主动碟片式油气分离器,既提高了油气分离效率,同时也降低了油气分离器结冰的故障。     

曲轴箱通风系统机油消耗试验与改进设计

对某型车用直列4缸柴油机开展了机油消耗、窜气和曲轴箱压力试验研究,试验结果表明该发动机在低负荷低转速工况下燃油消耗与机油消耗的比值(机燃比)不满足设计要求,随着转速和负荷的提高,总机油消耗量呈增加趋势,曲轴箱通风(PCV)系统所占总机油消耗比例较高,各工况点平均值约为10%。借助CFD仿真手段对原油气分离器及改进方案进行了对比分析,得知原结构油气分离效率较低,改进方案分离效率大幅提高。验证试验表明,3种对比工况下改进方案窜气特性和曲轴箱压力均满足设计要求,PCV系统机油消耗均大幅度下降,说明改进方案合理可行。     

压缩空气泡沫系统及其产泡特性研究

为解决土压平衡盾构压缩空气泡沫系统发泡过程中气液混合参数选择盲目、泡沫浪费严重等问题，结合网式和介质填充式泡沫发生器的特点，设计了复合式泡沫发生器，研制了一种压缩空气泡沫系统，并对其发泡性能进行研究。通过开展泡沫流量、发泡倍率及析液半衰期等试验，确定出影响泡沫发生器发泡性能的主要因素，得出气体流量、液体流量、气体压力等是影响泡沫发生系统发泡的主要因素，确定在进气管道气体压力为0.3 MPa、气体流量约为230 L?min-1、气液比在50条件下时，该压缩空气泡沫系统发泡性能达到最佳。通过泡沫对红黏土进行改良，得出当含水率为26%～29%、泡沫掺入量为10%～45%、气液比为40～75时，适当调整含水率、泡沫掺量、气液比，该红黏土能达到塑性流动状态，并能满足盾构施工要求。     

BFM2012型柴油机曲轴箱通风系统油气分离器改进

为了改善油气分离效率,降低机油携出量,并维持合理的曲轴箱压力,以BFM2012型柴油机为研究对象,提出了在发动机预分离之后连接一个弥散式油气分离器的新方案,并将新油气分离器与原离心式油气分离器做了对比试验研究.试验结果表明,配备弥散式油气分离器后,活塞漏气量下降1～3 L/min,曲轴箱压力升高40Pa,油气分离效率由原来的53％提高到79％～95％,且不影响加机油的周期,但曲轴箱通风系统阻力增加较明显.     

车用柴油机微粒捕集器流场的数值模拟与分析

研究的柴油机微粒捕集器采用目前应用最为广泛的壁流式蜂窝陶瓷作为过滤体,根据其结构对称性和内部流动数学模型,建立了稳态层流的过滤体内部流动CFD仿真模型,并运用离散格式分离求解器进行求解。仿真计算与试验验证表明模型能准确反映过滤体内部流动特性。     

车用发动机油气分离器的设计匹配

在分析发动机曲轴箱通风系统形式及几种油气分离器结构特点的基础上,确定了曲轴箱通风系统的设计方案:滤网油气过滤+旋风式油气分离器+PCV控制阀。在发动机机油量为标准值、最小值、最大值增加20%工况下,进行了全负荷曲轴箱通风试验。结果表明,所开发的曲轴箱通风系统在活塞窜气量增加1倍时,油气分离器和PCV控制阀之间无可见油流,曲轴箱漏气量和曲轴箱压力符合评价指标要求,提高了油气分离效率。     

柴油机径向式微粒捕集器过滤效率和压降特性的研究

根据泡沫陶瓷过滤体过滤孔道的特征,假设泡沫陶瓷过滤体由若干圆柱状纤维捕集单元组成,建立了捕集效率和压降的数学模型.利用该模型对某径向式微粒捕集器过滤体上微粒粒径分布、过滤效率和压降特性进行了预测.结果表明,该模型模拟结果与试验数据较好吻合.     

壁流式过滤体的流动阻力分析及再生效率研究

分析了工作中的壁流式过滤体的流动阻力,指出过滤过程中,当小孔壁面上的PM滤饼形成后,排气流经壁流式过滤体时的压力降低主要由过滤体小孔壁面、PM层、入口和出口小孔通道等4处的流动阻力产生,其中前两处的流动阻力起主要作用。给出了过滤体再生效率的两种定义,并分析了其差别,指出对相同结构的过滤体,可以用再生前后排气流经过滤体的压差计算其再生效率;对不同结构的过滤体用该定义评价再生效率时,应考虑由于过滤体自身结构参数的变化引起的再生效率的变化。     

多孔介质叠层梁建模及动力学特性研究

多孔材料的应用日益广泛,但受自身特殊孔隙结构的限制,多孔材料的强度不高。在多孔介质材料表面敷设碳纤维布可以同时得到多孔介质材料优异的综合性能和碳纤维布的高强度。敷设碳纤维布多孔介质叠层结构的力学性能研究多采用有限元法,由于多孔材料结构的特殊性,该方法的计算精度和效率较低。文章基于Biot理论和层合理论,结合多孔介质层和碳纤维布的控制方程,考虑层间的连续性条件,推导敷设碳纤维布多孔介质叠层梁在谐激励作用下的整合一阶常微分矩阵控制方程。结合结构的边界条件,利用具有高精度的精细积分法对整合控制方程进行求解。通过与有限元模型的对比,验证了所建模型的可行性和正确性,并利用所提方法分析了敷设碳纤维布多孔介质叠层梁的动力学特性。     

移动荷载作用下饱和沥青路面动力响应三维有限元分析

沥青路面结构在外界环境作用下是气、液、固三相介质体,水和荷载的耦合作用导致了沥青路面初期损坏的产生,探究其在车辆移动荷栽作用下的动力响应是获知沥青路面结构行为的前提.首先,在沥青路面饱和情况下,作一级合理近似,将其视为流固两相介质.基于多孔介质理论,对于典型半刚性基层沥青路面结构建立了移动荷载作用下的三维有限元模型;而...     

电喷汽油机可变进气系统的优化设计

利用发动机一维气体流动模拟程序，对某电喷汽油机进气系统的流动过程进行了模拟计算。对该汽油机采用的可变进气系统的歧管直径和长度、控制阀开关的切换转速等结构参数进行了优化设计。计算结果表明，与原机相比，经优化设计后系统的充气效率最大增加幅值大于11％，且改变了充气效率随转速的变化趋势。分析了配气正时对可变进气系统充气效率的影响。     

基于Weibull分布的土-结构接触面剪切损伤模型研究

针对土-结构接触面剪切特性,基于现有统计损伤理论提出了土-结构接触面剪切损伤模型及模型参数的确定方法。利用大型直剪仪对红黏土-混凝土结构接触面进行直剪试验,分析了红黏土-结构接触面上剪应力-应变特性。根据试验结果得到红黏土-结构接触面剪切损伤模型的相关参数,建立了基于Weibull分布的损伤模型参数与法向应力的关系,并对模型进行了修正。最后将理论计算结果与试验结果进行了对比分析,验证了该模型的合理性。研究成果表明:法向应力水平越大,黏性土-结构接触面剪切软化现象越不显著,应力应变关系由软化型转变为弱软化型。通过对接触面直剪试验的成果进行验证,模型计算与试验结果吻合较好,证明了文中提出的剪切损伤模型具有能够充分反映土-结构接触面软化特性和应力状态的特点,模型参数较少。     

旋转式过滤体颗粒捕集器流场分析

以颗粒捕集器旋转式过滤体为研究对象,建立了旋转式载体的多孔介质仿真模型,在此模型基础上研究了旋转式过滤体内部气-粒两相流的速度场及其影响因素,分析了排气流速、直径比、进气扩张角等参数对过滤体内流动均匀性和涡流损失的影响规律,并据此提出了优化准则。研究结果表明:当颗粒捕集器入口流速从20 m/s提高至80 m/s时,过滤体内气流流动均匀性会增加,但流场基本结构变化微小;当过滤体直径比在4~6之间变化时,其数值越大,过滤体表面的流动均匀性越差,过滤体利用率越低,当直径比继续增加到超过某一特定数值后,过滤体内流场分布基本不再发生变化;当进气扩张角在60°~120°之间变化时,扩张角越大,颗粒捕集器扩张管内越容易产生涡流,并首先在过滤体相对位置为0.8的地方产生,随着扩张角的增大,涡流强度和区域都会增大,减小扩张角可以减弱过滤体内进气回流现象,改善流场分布均匀性。     

基于一维-三维耦合仿真的进气系统优化方法

提出了基于一维-三维耦合仿真的进气系统优化方法,此方法兼具CFD对进气系统三维流动特性准确描述与一维仿真对内燃机进气系统全局控制的优点。建立了进气歧管三维模型,采用GT-Power软件进行缸内工作过程模型仿真,根据试验数据标定仿真模型。通过一维-三维耦合仿真计算得到进气歧管各转速下的流动参数,以此作为CFD仿真的边界条件,优化进气歧管的结构参数。通过整机试验对进气歧管流动性能进行了验证。试验结果表明,该方法能够较好地指导进气歧管设计。