汽车三通管流体阻力模型建立与仿真

朱佩东 李光 李敏

摘要：汽车三通有两分支，因此三通的流动阻力总压损失系数随支管和主管流量的变化而变化，管道沿线的局部损耗会发生变化，影响整个三通管道的能量传递效率。因此，根据流量分配和局部损失的特点对排气管系统进行优化。在分析结果的基础上，建立了三通管结构的几何模型，并进行了一维流动模拟分析，以优化三通管的气动性能。

关键词：三通;建模;仿真

1、GT-Power建模

采用特定直径值，特定流量的三通管，通过建模可以计算得出三通处的总压变化随流量变化的关系[1]。建立直径分别为30mm，50mm，70mm，90mm，110mm的T形三通管，由于45°三通模型大致相同，仅管径改变，因此，在此只举一例作为参考。

如图1下所示：

2、仿真计算

以下折线图，纵坐标代表压力损失系数，横坐标代表11种工况，工况流量比逐渐增大，故横坐标代表流量比[2]。

（1）不同管径、不同摩擦倍率的三通管出管内流体流动对压力损失系数产生的影响。

图2的30mm即所示管道流速比逐渐增大，支管与总管夹角为45°，管径为30mm，温度為300k，摩擦倍率为0.5，压力损失系数随流量比的增大而变化的情况。

如图2的50mm管径所示，为45度三通管管径30mm出管内压力损失系数随着流量比的变化而变化的情况，当流量比逐渐增大时，压力损失系数随着流量比的增大先逐渐减小，当到达某一特定值之后，压力损失系数又随着流量比的增大逐渐减小，大致图形类似于抛物线。

45度三通管管径50mm出管内压力损失系数随着流量比的变化而变化的情况，当流量比逐渐增大时，压力损失系数随着流量比的增大先逐渐减小，当到达某一特定值之后，压力损失系数又随着流量比的增大逐渐增大，大致图形类似于抛物线。由此图也可以看出，当其他条件不变，仅只有管径增大时，随着流量比的增大压力损失系数有所减小，因此，在一定范围内，大管径较小管径相对损失较小。

三通管管径110mm入管内压力损失系数随着流量比的变化而变化的情况，当流量比逐渐增大时，压力损失系数随着流量比的增大呈现出逐渐减小的现象。由此图也可以看出，当其他条件不变，仅只有管径增大时，随着流量比的增大压力损失系数有所减小，因此，在一定范围内，大管径较小管径相对压力损失较小。

当摩擦倍率为0.5时，管径为30mm、50mm的出水管压力损失系数随着流量比的增大呈现先减小再增大的现象;当摩擦倍率为1.5时，管径为110mm的出水管压力损失系数随着流量比的增大呈现先增大再减小的规律;当摩擦倍率为0.5时，管径为30mm的进水管1随着流量比的增大，压力损失系数呈现逐渐增大的趋势;当摩擦倍率为1.5时，管径为90mm的进水管1随着流量比的增大，压力损失系数呈现逐渐增大的趋势。当摩擦倍率为0.5时，管径为30mm的进水管2随着流量比的增大，压力损失系数呈现逐渐增大的趋势;当摩擦倍率为1.5时，管径为90mm、110mm的进水管2随着流量比的增大，压力损失系数呈现逐渐增大的趋势。

当两个分管汇流入总管时，在三通接头处会出现漩涡，阻碍流体的运动，产生局部流动损失。在同一角度下，随着流量的增加，压力损失也逐渐增大。流量很小时，流速也很小，压力损失也很小，具体数值有差异，也存在些许的相对误差，但其大致变化趋势相同，从一定程度上可以作为参考查看。

如直径分别为30mm，50mm，70mm，90mm，110mm的三通管的仿真数据，可以看出仿真三通管的压力损失系数随流量比的变化趋势，而且不同直径、不同摩擦倍率的三通管的压力损失系数也不相同。

3、结论：

根据模拟的数据以及查阅资料可得，本实验所得到的数据还是存在不同程度的误差，不过，仍然在可以接受的范围之内，可以作为某些研究的参考数据，当然，可以减小误差，方法就是调整系统的参数，这样一来，就可以从中得到一些相对更加准确的仿真数据。

参考文献：

[1]刘杨.增压柴油机进排气系统优化匹配的仿真研究. 北京交通大学硕士学位论文.2009.

[2]李虎强.基于GT- Power的SC11CK柴油机进排气特性仿真.上海理工大学硕士学位论文.2011.