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    1.系統(tǒng)介紹

　　在排放法規(guī)要求越來(lái)越嚴(yán)格的今天，高性能的油氣分離器對(duì)降低排放、減少機(jī)油消耗至關(guān)重要。迷宮式油氣分離器因其布置空間小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在小型緊湊的發(fā)動(dòng)機(jī)上應(yīng)用日益廣泛。傳統(tǒng)的迷宮式油氣分離器開(kāi)發(fā)方法是將不同結(jié)構(gòu)的迷宮樣件進(jìn)行油氣分離試驗(yàn)，試驗(yàn)成本高，開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)。而應(yīng)用CFD(ComputationalFluidDynamic)而己仿真技術(shù)，結(jié)合商業(yè)流體軟件，在計(jì)算機(jī)虛擬環(huán)境中模擬油氣分離器的流動(dòng)、壓損與分離效率，可以更直觀地對(duì)油氣分離器內(nèi)的氣體流動(dòng)進(jìn)行評(píng)價(jià)，并能快速進(jìn)行方案優(yōu)化。
　　
　　國(guó)外從2000年左右開(kāi)始對(duì)汽車油氣分離器分離效率數(shù)值模擬方法進(jìn)行探索和研究，計(jì)算方法主要為在空氣連續(xù)流動(dòng)結(jié)果基礎(chǔ)上進(jìn)行離散油滴粒子軌跡捕捉，日本nissan汽車公司針對(duì)油滴粒子反彈規(guī)律也做過(guò)專門(mén)研究四"閉。國(guó)內(nèi)目前在車用油氣分離器的數(shù)值模擬計(jì)算方法與應(yīng)用方面都鮮有報(bào)
　　
　　本文介紹了一種模擬油氣分離器分離效率的方法，以某柴油機(jī)迷宮式油氣分離器為例，對(duì)比了不同結(jié)構(gòu)的迷宮流動(dòng)、壓損與分離效率的差別，并形象、直觀地顯示了不同直徑油滴在迷宮內(nèi)的分布情況，能快速有效地進(jìn)行方案評(píng)價(jià)與結(jié)構(gòu)優(yōu)化。
　　
　　2.計(jì)算模型
　　
　　活塞漏氣中包括氣體和液體成分，數(shù)值計(jì)算中需要求解氣相與液相的守恒方程。文中選取湍流模型來(lái)模擬油氣分離器中氣體的連續(xù)相流動(dòng)引;而液體的運(yùn)動(dòng)則選取離散液滴模型(DiscreteDropletModel)，用拉格朗日方法計(jì)算液滴在計(jì)算流域內(nèi)的軌跡與捕捉運(yùn)動(dòng)。由于油霧粒子占總活塞漏氣量的體積分?jǐn)?shù)與質(zhì)量分?jǐn)?shù)均較低，計(jì)算中忽略離散相對(duì)連續(xù)相的影響，即，先模擬氣體流動(dòng)再模擬液滴軌跡1。本次模擬計(jì)算需要求解連續(xù)相流動(dòng)控制方程與離散相運(yùn)動(dòng)軌跡方程。
　　
　　連續(xù)相控制方程的通用格式如式(1)所示:

　　式中，◎?yàn)橥ㄓ米兞�，可以代表三個(gè)速度分量u、u、ω、溫度乙湍動(dòng)能k或湍流耗散率ε等求解變量;Γ為廣義擴(kuò)散系數(shù);S為廣義源項(xiàng)。
　　
　　離散相運(yùn)動(dòng)軌跡方程如式(2)所示:

　　
　　右邊第一項(xiàng)為顆粒的單位質(zhì)量曳力;第二項(xiàng)為重力;第三項(xiàng)Fi為其他作用力。文中只考慮曳力與重力，忽略了其他力的影響。
　　
　　3.模擬方法
　　
　　3.1計(jì)算流程
　　
　　油氣分離器計(jì)算流程川一般如圖1所示。首先求解連續(xù)相的氣體流動(dòng)，在此結(jié)果基礎(chǔ)上，引人離散相油滴粒子模型，一定質(zhì)量的油滴粒子按照一定的直徑分布規(guī)律，以某種分布形式被噴射大油氣分離器計(jì)算流域，一部分粒子隨著流動(dòng)慣性，直接流出油氣分離器;另一部分粒子與壁面發(fā)生碰撞后產(chǎn)生兩種運(yùn)動(dòng)形式。一類粒子碰壁后即在壁面上發(fā)生擴(kuò)散，并慢慢在壁面上形成油膜，通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)回油孔流回到油底殼;另一類粒子碰壁后發(fā)生反彈并伴有動(dòng)量衰減，然后再次碰壁反彈和動(dòng)量衰減，直至最后在壁面擴(kuò)散或者流出油氣分離器。擴(kuò)散粒子的總和與噴入粒子之比即為油氣分離效率。為了簡(jiǎn)化計(jì)算，文中假定粒子碰壁后即擴(kuò)散，沒(méi)有考慮反彈。

　　
　　3.2網(wǎng)格模型
　　
　　圖2為某柴油機(jī)迷宮式油氣分離器CAD模型，該迷宮進(jìn)口處設(shè)置了傾斜擋板，整個(gè)流域內(nèi)設(shè)置了一塊穿孔擋板與四塊一般擋板。圖3為該迷宮的流體網(wǎng)格模型，85%的網(wǎng)格為六面體，網(wǎng)格數(shù)520000。

　　
　　3.3邊界條件
　　
　　計(jì)算流體為不可壓空氣，進(jìn)口為實(shí)測(cè)的活塞漏氣量:34.9L/min，出口為實(shí)測(cè)壓力:95765Pa。分離前油滴總質(zhì)量測(cè)量值為2g/h，計(jì)算中考慮重力作用。油滴粒子尺寸分布由于沒(méi)有實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，假定為典型的乘用車粒子分布規(guī)律，如圖4所示。

　　
　　4.模擬結(jié)果對(duì)比與評(píng)價(jià)
　　
　　油氣分離器要求油氣分離效率高，進(jìn)出口壓損小。通過(guò)氣體連續(xù)相計(jì)算，得到整體的流速、壓力分布以及進(jìn)出口壓損;通過(guò)粒子離散相計(jì)算，得到粒子在油氣分離器內(nèi)的捕捉分布，并計(jì)算油氣分離效率。根據(jù)初始計(jì)算結(jié)果，對(duì)油氣分離器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。
　　
　　4.1油氣分離器氣體連續(xù)相結(jié)果分析
　　
　　圖5為油氣分離器整體與切片的流速分布，圖6為總壓分布。在擋板的阻隔作用下，氣體主要沿著壁面與擋板之間的縫隙流動(dòng)，擋板之間形成了游渦區(qū)域。壓損最大區(qū)域發(fā)生在穿孔板處，其他擋板處也有一定的壓損，但相對(duì)較小。進(jìn)出口總壓損為154Pa。