汽油滤清器内部流场分析与优化

2017-09-08李君尹超

安徽理工大学学报·自然科学版 2017年4期

李君尹超

摘要：汽油滤清器是发动机的重要配件之一，其性能直接关系到发动机的使用状态，有必要对汽油滤清器内部流场进行分析研究，为滤清器结构优化设计提供理论基础。通过对某型汽油滤清器内部流场进行分析，根据分析结果，提出了单侧布置的喇叭口形状进、出口，外壳圆角过渡新结构方案，改善了汽油滤清器内部流体流动状态。

关键词：汽油滤清器；流场分析；模拟分析；结构优化

中图分类号： TG435文献标志码：A文章编号：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

汽油滤清器作为发动机的重要配件之一，其性能直接影响汽车发动机的使用状态[1-2]。随着汽车发动机技术的不断进步，其各项性能指标与滤清器内部的燃油流动的复杂流场密切相关，若流动不均匀，将会产生涡流和气流分离，导致流动时阻力增加，进而造成滤清过滤效率降低以及滤清器使用寿命缩短[3]。因此从提高发动机的效率、经济性及延长使用寿命等方面来说，有必要对汽油滤清器内部进行分析，研究其内部流动状态。文献[4]针对传统发动机辅助系统中进气系统的设计多采用经验公式，结果不够准确这一问题，提出了基于计算流体动力学的设计分析方法，应用CFD软件对车辆进气系统进行流场仿真模拟分析。文献[5]运用计算流体力学软件对内燃机空气滤清器内部气固两相流场进行仿真，得到了气固两相流动仿真图像。文献[6]运用HYPERMESH软件对空气滤清器建立了有限元模型，进行了模态分析，获得了固有频率，改进了滤清器结构。文献[7]使用燃油滤清器性能试验台，通过调节进、出口汽油流量，研究了在一定的压力、流量条件下，滤清器过滤杂质的性能参数。过滤器燃油流动的内部流场特点复杂，把握不准确，此外由于其工作环境的限制，人们很难真正了解到其工作时的内部流动特性，也无法得到其内部的全面流动信息，从提高发动机的效率、经济性及延长使用寿命等方面来说，有必要对汽油滤清器内部进行分析，研究其内部流动状态。

本文利用流体动力学仿真软件对某型滤清器产品进行内部流场进行分析，研究其几何结构对其内部的流场分布情况的影响，应用分析结果对滤清器几何结构进行优化，为汽油滤清器设计提供必要的理论依据。

1模型建立

为研究汽油滤清器内部流场，建立了某型号滤清器三维几何模型，如图1所示。最外侧及最内侧为液体的流动区域，两者之间的部分是滤芯。图2为网格划分图。在对构建完成后的几何模型网格划分时，根据需要与实际的情况，需对滤芯与进出口单独进行网格划分。

2边界条件设置

汽油滤清器内部结构图如图3所示，其中，a、b为速度入口，h、i为压力出口，与滤芯底部相连的挡板e、f为固定壁面，b、i为对称中心轴线，滤芯作多孔介质处理，未指明的区域边界类型作为固定壁面类型。选择标准的雷诺数紊流模型。

3结果分析

图4所为汽油滤清器内部流线图，反映了滤清器内部流体的流动状况。从图4中可以看出，在滤清器边角处，液流流动比较紊乱，且分布不均匀，出现湍流现象，在滤清器底部出现许多回流区域，并出现旋涡。从图4中还可看出，当流体透过多孔介质区域后，产生明显紊乱现象，湍流度比较大，由于滤清器模型是相互对称的，因此为了更清晰的显示内部流场情况，从中选取某一截面进行分析，如图5所示是后处理y=0截面上的湍流情况。

从后处理后的速度、湍流情况来看，由于结构问题，滤清器内部速度场分布不均匀，流动紊乱，湍流度较大。

4结构改进及分析

如图6所示，将滤清器将进出口形状改成为喇叭口，进、出口的位置在滤清器的同一侧，滤清器外壳形状为圆角过渡。改进模型网格划分如图7所示。如图8所示为改进模型内部流线图。如图9所示为改进模型y=0截面湍流情況。从图8及图9可以看出，改进模型内部速度分布趋于均匀，紊乱、湍流现象得到了明显抑制，回流区基本消失。