基于STAR-CD的柴油机空气滤清器内气固两相流研究

摘要

空气滤清器是柴油机进气系统的重要部件。柴油机气缸非正常磨损、功率下降、经济性能降低,主要是由于进气中含大量灰尘,而空气滤清器对进气质量起着关键作用。空气滤清器内部结构复杂,气体和灰尘在空气滤清器内部形成了复杂的气固两相流动。为了提高空气滤清器的滤清效率,需了解空气滤清器内部的气固两相流动情况。由于采用实验的手段获取空气滤清器内气体流动的详细数据和灰尘颗粒的运动轨迹要花费大量的时间,且无法得到其内部全面的数据,所以本文采用数值模拟的方法对其内部的气固两相流动进行研究。
　　 本文在利用STAR-CD软件对柴油机用新型干湿复合式空气滤清器内单相流动进行研究的基础上,展开进一步的研究工作,对空气滤清器入口部分和粗滤部分进行了气固两相流动研究。
　　 在空气滤清器入口部分气固两相流动的数值模拟过程中,首先进行气相流动的数值模拟,其次对气体和灰尘组成的气固两相流动进行模拟。在对气体的数值模拟的过程中,确定了气体流动的边界条件,采用SIMPLE方法,计算了气体的三维紊流流场。在对气固两相流动进行数值模拟的过程中,建立了灰尘的颗粒模型,将灰尘颗粒按照粒径大小分为10组,对每一组灰尘颗粒采用Lagrange分析方法,计算出各组灰尘颗粒的运动轨迹。
　　 在对空气滤清器粗滤部分气固两相流动的数值模拟过程中,采用STAR-CD的Pro-star/amm模块,直接建立了粗滤部分的计算网格。首先,进行气体流动的数值模拟,得到气体的三维紊流流场。其次,对气固两相流动进行模拟,得到了灰尘颗粒的运动轨迹图像,计算出粗滤部分对不同粒径灰尘颗粒的滤清效率,进而计算出粗滤部分的滤清效率。
　　 本文根据粗滤部分的滤清原理,提出了临界粒径的概念。
　　 借助于STAR-CD软件可以得到空气滤清器中任意点的数据,并且数值模拟具有快速性、高效性、经济性的特点,这都是实验方法所不具备的。所以,充分发挥STAR-CD软件的优点,对于柴油机空气滤清器的绿色设计具有重要意义。