汽车活性碳罐中碳氢燃料的回收过程仿真计算

苏州建设交通高等职业技术学校 王东

1 建立模型

碳罐的结构形式多种多样，文章选取其中一种结构（如图1所示）进行建模仿真。

图1

建模结果如图2 所示。汽油的主要成分是正辛烷，分子式为C8H18。汽油蒸气从碳罐的入口进入，依次通过3 个充满活性炭的腔室，汽油蒸气被炭罐内的碳捕获，不会逃逸到空气中。

图2

2 Fluent 软件设置

2.1 基本设置

进入General 设置面板，激活选项Transient。激活能量方程，采用层流（Laminar）计算。

在组分输运模型设置中启用Species Transport 模型，激活选项Wall Surface。

2.2 材料设置

修改及添加材料，创建四种流体材料：air（空气）、n-octane（正辛烷）、Open-site、n-octane-site，如图 3 所示。

图3

按图4 所示创建及修改两种固体材料：Carbon（碳）、aluminum（铝）。

图4

2.3 定义计算区域

区域fluid 保持默认设置，设置多孔介质区域porous-1 的参数，择Non-Equilibrium 热模型后软件自动生成。按照设置区域porous-1 的方法，将另外两个多孔区域porous-2 及porous-3 也按照此方法设置。设置多孔区域的速度为Physical Velocity。设置边界条件，将入口边界质量流量设为1e-5 kg/s，设置入口组分c8h18 质量分数为0.765。

3 求解计算

设置时间步长为10 s，设置时间步数为2000，点击按钮Calculate 开始计算。部分时刻c8h18 质量分数如图5 所示。

图5

4 结论

（1）短时间内碳罐的结构会影响汽油的吸收分布情况，在离气流通道远处折角位置，活性炭对汽油蒸气的吸收较慢。

（2）随着时间的推移，碳罐内部对汽油蒸气的吸收布局最终会趋于均衡。

（3）对于一个或几个联通的内部含有活性炭的腔室而言，只要时间足够长，腔室内活性炭对汽油蒸气的吸收最终会达到分布均衡，与腔室的结构无关。