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低背压的发动机可变进气系统可提高进气效率,提高发动机性能,其关键组成包括空气滤清器(以下简称空滤器)和可变进气歧管,二者的流体特性对进气性能的影响很大。因此,本文主要就这两个部件进行流场特性分析:研究了空滤器的结构特点和边界参数对流场的影响,为空滤器的改型设计提供了依据;分析了可变进气歧管在旋转翻板角速度不同时的流动特性,为翻板角速度的控制起到了一定参考。
首先,利用Fluent流体分析软件模拟某种空滤器三维内部流场,并根据其压力、速度、湍动能的分布情况对流体的流动特性进行了分析,研究表明空滤器的压力损失和涡流损失主要是由于横截面积的突变所引起。
本文先分析了一款发动机的空滤器,在不同工况下,背压及流场分布的变化规律;也分析了在同一工况下,采用不同粘性阻力系数和惯性阻力系数的滤芯对进出口压降和内部流场分布的影响。分析表明:入口流速越大,空滤器出入口压力损失越大;粘性阻力系数与惯性阻力系数越大,压降及腔体内的压力梯度也越大,但其对导流管中心截面的湍动能分布影响甚微,其中,滤芯处惯性阻力系数的设置对于滤芯对流体流动的阻碍作用相对于粘性阻力系数较明显,惯性阻力越大,压力梯度层次越明显。本文根据上述研究结论,进行了另一款发动机的空滤器设计分析。
分析研究表明:结构因素也是影响空滤器流场特性的一个重要因素,如导流管道的引导弧度、入口管道弯曲度和横截面形状等结构因素对流场都具有较大影响。
针对可变进气歧管的流场特性,从压降角度分析了支管在高低速时启用不同长度管道的流动均匀性问题,一定程度上为翻板角速度的控制确定了依据,分析了不同角速度在长短管道转换过程中对进出口压降的影响。旋转翻板角速度越快对流体的冲击作用力越大,能量损失也会进一步增大,故当翻板转速过大时,气流受到的阻碍越大,压力损失也越大。