气体机迷宫式油气分离器数值模拟研究

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随着中国日渐严格的国Ⅲ、国Ⅳ、国Ⅴ柴油机排放法规颁布,把曲轴箱排放物再吸入燃烧室内参与燃烧的闭式曲轴箱强制通风系统成为重要技术。本文分析了现代计算流体力学方法在油气分离器数值模拟中的应用,根据工程实际,构建采用孔板与挡板结构相配合、粗滤和精滤相结合的迷宫式油气分离器几何模型并进行网格划分;就气相场模型和离散相模型进行相关边界条件设定。分别研究边界条件和结构参数的变化对分离效率和压力损失的影响,结果表明,油滴撞击壁面使其速度急剧减小并吸附在壁面上的碰撞过程是油气分离的重要机制。分离器的分离效率随油滴粒径的增大而增大,分离效率和压力损失都随窜气量和出气口真空度的增大而增大,随孔板和挡板之间间距、粗滤孔孔径和精滤孔孔径的增大而减小,而一定范围内的温度变化和窜气中机油含量浓度变化对分离效率的影响不明显,相对于直孔,渐扩孔对油气的分离不利,孔板上渐缩孔形状能小幅度提高分离效率。基于上述研究,权衡分离效率和压力损失两个相互矛盾因素,进行新迷宫式油气分离器结构尺寸设计,并进行试验验证,新迷宫式油气分离器在100L/min、122L/min和179L/min窜气流量下的分离效率分别达到79.8%、83.3%和86.7%。对窜气量122L/min工况下的微观场进行计算分析,认为分离器板间空腔有利于漩涡的形成,粗滤孔板孔的位置对气流速度影响较大,精滤孔板中每个孔气流速度受位置影响较小而均匀分布;湍流耗散率主要发生在精滤孔板及其挡板处,粗滤处的压力损失主要发生在孔板和挡板之间的间隙,精滤处压力损失主要发生在孔板前后位置,精滤孔板处压力损失约为粗滤孔板和挡板之间压力损失的3倍。滴径越小随流性越好越不易分离,滴径越大越易分离,与原分离器相比,粒径为3μm分离最好并升高率达到3%,压力损失减小了121pa。本文的研究旨在创新气体机迷宫式油气分离器两相流分离机理研究,力图为油气分离器油滴分离效率的提升提供贴近工程实际的理论指导和方法支持。
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