兩種空濾器的除塵性能分析

王國(guó)強(qiáng)，仇虎山

（陜西重型汽車(chē)有限公司，陜西 西安 710200）

兩種空濾器的除塵性能分析

王國(guó)強(qiáng)，仇虎山

（陜西重型汽車(chē)有限公司，陜西 西安 710200）

空濾器作為空氣進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的重要一環(huán)，阻止灰塵、沙粒及各種雜質(zhì)直接進(jìn)入氣缸參與燃燒，有效防止了發(fā)動(dòng)機(jī)磨損，并提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性及使用壽命。文章通過(guò)模擬分析，以Particle Residence Time作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，比較兩種空濾器的除塵性能，為空濾器的選型提供參考。

空濾器；除塵

NO.: U467.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)05-38-02

前言

空濾器的作用是除掉吸入空氣中的灰塵，防止發(fā)動(dòng)機(jī)磨損，并起到消聲降噪作用。本文通過(guò)對(duì)兩種空濾器的除塵性能的對(duì)比，對(duì)空濾器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考。

1、模型描述

兩種空濾器在進(jìn)口位置和導(dǎo)流方式上有所不同，一種為帶導(dǎo)向葉片環(huán)空濾器，如圖1所示；另一種為切向進(jìn)氣空濾器，如圖2所示。

帶導(dǎo)向葉片環(huán)的空濾器，顧名思義，就是通過(guò)葉片環(huán)產(chǎn)生離心作用，將空氣中所包含的灰塵進(jìn)行分離，使灰塵進(jìn)入集塵腔中，然后排出空濾器。空氣則通過(guò)粗細(xì)濾芯后進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸中。此空濾器的進(jìn)氣口在壁面上并垂直于空濾器軸線。

切向進(jìn)氣空濾器則是通過(guò)圓弧壁面的約束，使進(jìn)氣在空濾器內(nèi)部產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)從而產(chǎn)生使灰塵分離出來(lái)的離心力。

單從結(jié)構(gòu)上來(lái)分析，切向進(jìn)氣空濾器要更簡(jiǎn)單些。

圖1 帶導(dǎo)向葉片環(huán)空濾器

圖2 切向進(jìn)氣空濾器

2、模擬方法

夾雜灰塵的流動(dòng)符合拉格朗日流動(dòng)特征，屬于Particle-Laden Flow，即空氣與灰塵相互作用并推動(dòng)灰塵在流場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，并假設(shè)灰塵顆粒之間不發(fā)生相互作用。

本文以多孔介質(zhì)模擬濾芯，通過(guò)柱狀坐標(biāo)系和慣性阻力系數(shù)、粘性阻力系數(shù)模擬濾芯所受到的阻力特性。入口處以Injectors輸入灰塵粒子，粒子選取粗粒，并按照表1的尺寸進(jìn)行分布。

表1 灰塵粒子尺寸分布表

3、模型的設(shè)定

分析過(guò)程采用Steady、Segregated Flow、K-Epsilon Turbulence、Lagrangian Multiphase模型；Lagrangian Phases模型采用Material Particles、Drag Force、Pressure Gradient Force、Residence Time、Two-Way Coupling模型。

分析采用一個(gè)進(jìn)口、兩個(gè)出口。

進(jìn)口為空氣+灰塵進(jìn)口，進(jìn)口類(lèi)型為Velocity Inlet，空氣進(jìn)口速度為20m/s，動(dòng)力粘度為1.85508E-5Ps·s；而灰塵的流速與空氣相同，流量為5×10-4kg/s。

兩個(gè)出口分別為集塵腔出口和濾芯出口，集塵腔出口類(lèi)型為Pressure Outlet，壓力為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓；濾芯出口類(lèi)型為Flow-Split Outlet。

4、分析結(jié)果

4.1 帶導(dǎo)向葉片環(huán)空濾器

由于帶導(dǎo)向葉片環(huán)空濾器的入口垂直于空濾器殼體軸線，從入口進(jìn)入的氣流沖擊圓柱形的濾芯，然后向兩側(cè)分流，兩股氣流在腔內(nèi)相互作用，造成灰塵軌跡略顯雜亂，如圖3所示。

設(shè)Particle Residence Time為1s，從圖4可以看出，大部分灰塵粒子的Particle Residence Time都大于1s，由此可以得出灰塵被分離出空濾器的時(shí)間略長(zhǎng)。

圖3 帶導(dǎo)向葉片環(huán)空濾器中灰塵軌跡圖

圖4 帶導(dǎo)向葉片環(huán)空濾器Particle Residence Time圖

4.2 切向進(jìn)氣空濾器

由于切向進(jìn)氣空濾器的進(jìn)口置于中軸線的側(cè)面，進(jìn)口氣流依靠壁面的約束產(chǎn)生旋流，從圖5來(lái)看，灰塵的軌跡圖方向較一致，顯然對(duì)于排出灰塵有利。從圖6上可以看出，Particle Residence Time為0.5s。比較兩者Particle Residence Time，顯然切向進(jìn)氣空濾器時(shí)間更短，即切向進(jìn)氣空濾器比帶導(dǎo)向葉片環(huán)空濾器除塵效果更好。

圖5 切向進(jìn)氣空濾器中灰塵軌跡圖

圖6 切向進(jìn)氣空濾器Particle Residence Time圖

5、結(jié)論

1）在輸入條件和邊界條件相同的情況下，切向進(jìn)氣空濾器比帶導(dǎo)向葉片環(huán)的空濾器有更好的除塵效果；

2）切向進(jìn)氣空濾器比帶導(dǎo)向葉片環(huán)的空濾器有更好的灰塵軌跡控制力。

[1] 林建忠.流體力學(xué). 北京：清華大學(xué)出版社,2005.

[2] 李萬(wàn)平.計(jì)算流體力學(xué). 武漢：華中科技大學(xué)出版社,2004.

[3] STAR-CCM+幫助文檔.

Analysis of Dust Removal Performance of Two Kinds of Air Filter

Wang Guoqiang, Qiu Hushan
( Shaanxi Heavy Duty Automobile Co., Ltd, Shaanxi Xi'an 710200 )

Air filter for air into engine cylinder is important one annulus, prevent dust、sand and various impurities directly into the cylinder in combustion, effectively prevent engine wear, and improve the reliability and service life of the engine. Based on the simulation analysis, the paper compares the dust removal performance of two kinds of air filter with the“Particle Residence Time” as evaluation index, which provides reference for the selection of air filterCLC.

air filter; Dust removalk

U467.3

A

1671-7988 (2017)05-38-02

王國(guó)強(qiáng)，工程師，就職于陜西重型汽車(chē)有限公司汽車(chē)工程研究院，研究方向?yàn)槠?chē)氣動(dòng)與熱管理分析。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.05.013