汽車三通管流體阻力模型建立與仿真

朱佩東 李光 李敏

摘要：汽車三通有兩分支，因此三通的流動(dòng)阻力總壓損失系數(shù)隨支管和主管流量的變化而變化，管道沿線的局部損耗會(huì)發(fā)生變化，影響整個(gè)三通管道的能量傳遞效率。因此，根據(jù)流量分配和局部損失的特點(diǎn)對(duì)排氣管系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。在分析結(jié)果的基礎(chǔ)上，建立了三通管結(jié)構(gòu)的幾何模型，并進(jìn)行了一維流動(dòng)模擬分析，以優(yōu)化三通管的氣動(dòng)性能。

關(guān)鍵詞：三通;建模;仿真

1、GT-Power建模

采用特定直徑值，特定流量的三通管，通過建?？梢杂?jì)算得出三通處的總壓變化隨流量變化的關(guān)系[1]。建立直徑分別為30mm，50mm，70mm，90mm，110mm的T形三通管，由于45°三通模型大致相同，僅管徑改變，因此，在此只舉一例作為參考。

如圖1下所示：

2、仿真計(jì)算

以下折線圖，縱坐標(biāo)代表壓力損失系數(shù)，橫坐標(biāo)代表11種工況，工況流量比逐漸增大，故橫坐標(biāo)代表流量比[2]。

（1）不同管徑、不同摩擦倍率的三通管出管內(nèi)流體流動(dòng)對(duì)壓力損失系數(shù)產(chǎn)生的影響。

圖2的30mm即所示管道流速比逐漸增大，支管與總管夾角為45°，管徑為30mm，溫度為300k，摩擦倍率為0.5，壓力損失系數(shù)隨流量比的增大而變化的情況。

如圖2的50mm管徑所示，為45度三通管管徑30mm出管內(nèi)壓力損失系數(shù)隨著流量比的變化而變化的情況，當(dāng)流量比逐漸增大時(shí)，壓力損失系數(shù)隨著流量比的增大先逐漸減小，當(dāng)?shù)竭_(dá)某一特定值之后，壓力損失系數(shù)又隨著流量比的增大逐漸減小，大致圖形類似于拋物線。

45度三通管管徑50mm出管內(nèi)壓力損失系數(shù)隨著流量比的變化而變化的情況，當(dāng)流量比逐漸增大時(shí)，壓力損失系數(shù)隨著流量比的增大先逐漸減小，當(dāng)?shù)竭_(dá)某一特定值之后，壓力損失系數(shù)又隨著流量比的增大逐漸增大，大致圖形類似于拋物線。由此圖也可以看出，當(dāng)其他條件不變，僅只有管徑增大時(shí)，隨著流量比的增大壓力損失系數(shù)有所減小，因此，在一定范圍內(nèi)，大管徑較小管徑相對(duì)損失較小。

三通管管徑110mm入管內(nèi)壓力損失系數(shù)隨著流量比的變化而變化的情況，當(dāng)流量比逐漸增大時(shí)，壓力損失系數(shù)隨著流量比的增大呈現(xiàn)出逐漸減小的現(xiàn)象。由此圖也可以看出，當(dāng)其他條件不變，僅只有管徑增大時(shí)，隨著流量比的增大壓力損失系數(shù)有所減小，因此，在一定范圍內(nèi)，大管徑較小管徑相對(duì)壓力損失較小。

當(dāng)摩擦倍率為0.5時(shí)，管徑為30mm、50mm的出水管壓力損失系數(shù)隨著流量比的增大呈現(xiàn)先減小再增大的現(xiàn)象;當(dāng)摩擦倍率為1.5時(shí)，管徑為110mm的出水管壓力損失系數(shù)隨著流量比的增大呈現(xiàn)先增大再減小的規(guī)律;當(dāng)摩擦倍率為0.5時(shí)，管徑為30mm的進(jìn)水管1隨著流量比的增大，壓力損失系數(shù)呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢(shì);當(dāng)摩擦倍率為1.5時(shí)，管徑為90mm的進(jìn)水管1隨著流量比的增大，壓力損失系數(shù)呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢(shì)。當(dāng)摩擦倍率為0.5時(shí)，管徑為30mm的進(jìn)水管2隨著流量比的增大，壓力損失系數(shù)呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢(shì);當(dāng)摩擦倍率為1.5時(shí)，管徑為90mm、110mm的進(jìn)水管2隨著流量比的增大，壓力損失系數(shù)呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢(shì)。

當(dāng)兩個(gè)分管匯流入總管時(shí)，在三通接頭處會(huì)出現(xiàn)漩渦，阻礙流體的運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生局部流動(dòng)損失。在同一角度下，隨著流量的增加，壓力損失也逐漸增大。流量很小時(shí)，流速也很小，壓力損失也很小，具體數(shù)值有差異，也存在些許的相對(duì)誤差，但其大致變化趨勢(shì)相同，從一定程度上可以作為參考查看。

如直徑分別為30mm，50mm，70mm，90mm，110mm的三通管的仿真數(shù)據(jù)，可以看出仿真三通管的壓力損失系數(shù)隨流量比的變化趨勢(shì)，而且不同直徑、不同摩擦倍率的三通管的壓力損失系數(shù)也不相同。

3、結(jié)論：

根據(jù)模擬的數(shù)據(jù)以及查閱資料可得，本實(shí)驗(yàn)所得到的數(shù)據(jù)還是存在不同程度的誤差，不過，仍然在可以接受的范圍之內(nèi)，可以作為某些研究的參考數(shù)據(jù)，當(dāng)然，可以減小誤差，方法就是調(diào)整系統(tǒng)的參數(shù)，這樣一來，就可以從中得到一些相對(duì)更加準(zhǔn)確的仿真數(shù)據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉楊.增壓柴油機(jī)進(jìn)排氣系統(tǒng)優(yōu)化匹配的仿真研究. 北京交通大學(xué)碩士學(xué)位論文.2009.

[2]李虎強(qiáng).基于GT- Power的SC11CK柴油機(jī)進(jìn)排氣特性仿真.上海理工大學(xué)碩士學(xué)位論文.2011.