关键词：空气滤清器;;计算流体力学;;流场;;仿真;;优化
摘 要：空气滤清器为发动机提供充足、干净的空气,其性能优劣不但影响发动机的可靠性和使用寿命,而且很大程度上影响其动力性、经济性和排放性等。如何改善滤清器内部流场特性,降低气流流动阻力是提高过滤效率、延长过滤寿命、提高发动机动力性与燃油经济性的关键。然而,由于空气滤清器的内部结构以及工作时的工作状况复杂多变,仅仅通过实验或经验来获得滤清器内部的真实气流流动特性是非常困难的,而且成本高,时间长,不能获得内部气流流动的全面数据。随着计算机技术在工业研发设计领域的普遍运用,利用计算分析软件来分析多变的内部流场特性是现在应用最为广泛一种手段。在进行滤清器结构优化设计时,运用计算流体力学CFD(Computational Fluid Dynamics)分析软件进行仿真分析,大大提高了分析效率,分析结果更加准确全面。本文针对一款柴油皮卡车空气滤清器流动阻力大的问题提出结构优化设计方案。首先,使用UG建模软件建立了空气滤清器的实体模型,接着对其进行必要的简化和几何清理后划分网格,再合理地设定边界约束条件。在ANSYS Fluent仿真分析软件中,采用SIMPLE算法和标准k-ε湍流模型,对滤清器壳体内部流场进行模拟仿真。得到了该滤清器内部气流的速度和压力等物理量的图文结果,并分析了其内部流场特性。最后,依据仿真分析结果,对滤清器的进出气口面积、进出气口位置以及进出口圆角处理等进行优化改进,并对结构优化后的模型再次模拟仿真。另外,还对结构优化后的空气滤清器进行了样品试制,将试制后的两个样品委托国家机动车质量监督检验中心(重庆)进行检验。优化后的仿真分析结果和试制样品的检验报告都表明:优化后的滤清器流场均匀性得到了明显改善,进、出口的压差明显降低,同时也验证了此优化方案是合理可行的。
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