發電機出租柴油機迷宮式油氣分離器分離效率數值模擬

1.發電機出租系統介紹
在排放法規要求越來越嚴格的今天，高性能的油氣分離器對降低排放、減少機油消耗至關重要。迷宮式油氣分離器因其布置空間小，結構簡單，在小型緊湊的發動機上應用日益廣泛。傳統的迷宮式油氣分離器開發方法是將不同結構的迷宮樣件進行油氣分離試驗，試驗成本高，開發周期長。而應用cfd(computationalfluiddynamic)而己仿真技術，結合商業流體軟件，在計算機虛擬環境中模擬油氣分離器的流動、壓損與分離效率，可以更直觀地對油氣分離器內的氣體流動進行評價，并能快速進行方案優化。
國外從2000年左右開始對汽車油氣分離器分離效率數值模擬方法進行探索和研究，計算方法主要為在空氣連續流動結果基礎上進行離散油滴粒子軌跡捕捉，日本nissan汽車公司針對油滴粒子反彈規律也做過專門研究四閉。國內目前在車用油氣分離器的數值模擬計算方法與應用方面都鮮有報
本文介紹了一種模擬油氣分離器分離效率的方法，以某柴油機迷宮式油氣分離器為例，對比了不同結構的迷宮流動、壓損與分離效率的差別，并形象、直觀地顯示了不同直徑油滴在迷宮內的分布情況，能快速有效地進行方案評價與結構優化。
2.發電機出租計算模型
活塞漏氣中包括氣體和液體成分，數值計算中需要求解氣相與液相的守恒方程。文中選取湍流模型來模擬油氣分離器中氣體的連續相流動引;而液體的運動則選取離散液滴模型(discretedropletmodel)，用拉格朗日方法計算液滴在計算流域內的軌跡與捕捉運動。由于油霧粒子占總活塞漏氣量的體積分數與質量分數均較低，計算中忽略離散相對連續相的影響，即，先模擬氣體流動再模擬液滴軌跡1。本次模擬計算需要求解連續相流動控制方程與離散相運動軌跡方程。
連續相控制方程的通用格式如式(1)所示:
式中，◎為通用變量，可以代表三個速度分量u、u、ω、溫度乙湍動能k或湍流耗散率ε等求解變量;γ為廣義擴散系數;s為廣義源項。
離散相運動軌跡方程如式(2)所示:
右邊第一項為顆粒的單位質量曳力;第二項為重力;第三項fi為其他作用力。文中只考慮曳力與重力，忽略了其他力的影響。
3.發電機出租模擬方法
3.1計算流程
油氣分離器計算流程川一般如圖1所示。首先求解連續相的氣體流動，在此結果基礎上，引人離散相油滴粒子模型，一定質量的油滴粒子按照一定的直徑分布規律，以某種分布形式被噴射大油氣分離器計算流域，一部分粒子隨著流動慣性，直接流出油氣分離器;另一部分粒子與壁面發生碰撞后產生兩種運動形式。一類粒子碰壁后即在壁面上發生擴散，并慢慢在壁面上形成油膜，通過發動機回油孔流回到油底殼;另一類粒子碰壁后發生反彈并伴有動量衰減，然后再次碰壁反彈和動量衰減，直至最后在壁面擴散或者流出油氣分離器。擴散粒子的總和與噴入粒子之比即為油氣分離效率。為了簡化計算，文中假定粒子碰壁后即擴散，沒有考慮反彈。
3.2網格模型
圖2為某柴油機迷宮式油氣分離器cad模型，該迷宮進口處設置了傾斜擋板，整個流域內設置了一塊穿孔擋板與四塊一般擋板。圖3為該迷宮的流體網格模型，85%的網格為六面體，網格數520000。
3.3邊界條件
計算流體為不可壓空氣，進口為實測的活塞漏氣量:34.9l/min，出口為實測壓力:95765pa。分離前油滴總質量測量值為2g/h，計算中考慮重力作用。油滴粒子尺寸分布由于沒有實測數據，假定為典型的乘用車粒子分布規律，如圖4所示。
4.發電機出租模擬結果對比與評價
油氣分離器要求油氣分離效率高，進出口壓損小。通過氣體連續相計算，得到整體的流速、壓力分布以及進出口壓損;通過粒子離散相計算，得到粒子在油氣分離器內的捕捉分布，并計算油氣分離效率。根據初始計算結果，對油氣分離器進行優化設計。
4.1油氣分離器氣體連續相結果分析
圖5為油氣分離器整體與切片的流速分布，圖6為總壓分布。在擋板的阻隔作用下，氣體主要沿著壁面與擋板之間的縫隙流動，擋板之間形成了游渦區域。壓損最大區域發生在穿孔板處，其他擋板處也有一定的壓損，但相對較小。進出口總壓損為154pa。


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