基于DDPM的发动机复式油气分离器优化设计

发布时间：2020-06-25 04:26

【摘要】：油气分离器的作用是将发动机燃烧室泄漏到曲轴箱的废气排出大气时,将废气中的机油分离出来,并使机油回流至曲轴箱油底壳,同时保证曲轴箱内的压力与大气压平衡,防止机油油雾排入大气,浪费机油、污染环境。随着排放法规的日渐严格,单级式油气分离器已无法满足要求,而性能优良的复式油气分离器对改善发动机排放具有重要意义。本文通过仿真模拟与实验相结合的方法优化设计了一款由旋风式分离器串联过滤式分离器的复式油气分离器,其分离效率能够达到85%,压力损失约为1000Pa。首先,利用RNGk-ε模型研究了旋风分离器气相场速度,压力,湍动能,湍流耗散率等的分布;然后通过不同两相场计算模型与实验值的对比确定了利用稠密离散相模型(DDPM)对旋风式分离器气液两相场进行了数值分析;基于DDPM探究了各结构参数对旋风式分离器性能的影响,并通过正交试验优化了旋风式分离器结构参数;通过研究纤维直径、填充率、滤材厚度和过滤速度对过滤性能的影响,优化了过滤式分离器;最后依托吹风实验台架对复式油气分离器分离效率进行了初步测试,发现该油气分离器在窜气量为400L/min~800L/min均能保证较高的分离效率。由本文优化设计的复式油气分离器性能明显提升,也通过初步实验得到验证。证明了稠密离散相模型在油气分离器仿真模拟中的可行性,也可以看出正交试验方法可用于指导旋风分离器不同结构参数的优化。本文设计的由旋风式串联过滤式的复式油气分离器还具备结构简单,易于清理维护,使用成本较低等特点。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TK403
【图文】：

结构尺寸,几何模型,网格处理,主要尺寸

在文献中给出的主要尺寸在图2.1 中表示出，其中圆形入口的旋风分离器相对位置与矩形入口一致，且其他主要尺寸不变。四种不同形式的入口具体几何尺寸如表 2.3，以这四种尺寸进行三维建模，网格处理，仿真计算。根据表格中给出的尺寸利用 Pro/E 画出四种不同入口形式的旋风分离器三维模型，用 Hypermesh 进行网格处理，然后导入 FLUENT 中以原初始条件进行仿真计算，计算时边界条件，初始条件与原文献中保持一致。

旋风分离器,结构示意图

华中科技大学硕士学位论文17图 3.1 旋风分离器的结构示意图3.1.2 三维模型的建立与网格划分根据初步选定的旋风式油气分离器结构参数，使用 Pro/E 建立三维模型。三维模型建立完成之后，便要对其进行网格划分才能进一步对其进行流体计算，网格划分就是要将油气分离器中油气混合气流体区域划分为不同的子区域，每个子区域中离散的节点即为网格节点，然后才能将气液两相流质量守恒方程，动量守恒方程离散，就可以通过数值解法计算出每一个网格节点上的基本物理量，如压力、速度及温度等，因而能获得整个流体域的分布情况。由此可见，网格质量的好坏将直接决定着最终模拟计算结果准确性的高低，因此，务必要确保所划分的网格具有高质量。网格可分为结构化网格与非结构化网格，常见的结构化网格包括二维的四边形网格以及三维的六面体网格，这类网格的优点是网格整体质量更高，不容易出现低质量的网格，但是对于形状复杂的几何体划分的网格效果并不理想；非结构化网格包括二维的三角形网格以及三维的四面体网格，这类网格与结构化网格正好相反，易于划分几何形状复杂的网格，但网格整体质量较低。对于本文的研究对象而言，采用这两种类型的网格对计算结果的影响不大，因而选用更简便的四面体网格。划分网格的软件选用 Hypermesh，将 Pro/E 软件建立的三维模型保存为.igs 格式导入 Hypermesh 中，先清理三维实体，将各个面分别对应保存到 inlet，outlet-oil，

【参考文献】