張立

摘 要：汽車空氣進(jìn)氣管道的結(jié)構(gòu)對(duì)空氣進(jìn)氣量影響很大，文章以某品牌汽車的空氣進(jìn)氣管道模型為研究對(duì)象，采用有限體積法離散濾波后的N-S方程和標(biāo)準(zhǔn)κ-ε湍流模型的方法進(jìn)行定常數(shù)值模擬，模擬結(jié)果表明整流罩和擋板的引入改善了進(jìn)氣管道內(nèi)部的流動(dòng)狀況，有助于空氣通風(fēng)性能的提升。研究結(jié)果將對(duì)汽車進(jìn)氣管道的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：進(jìn)氣;管道;性能;優(yōu)化

中圖分類號(hào)：U462.1 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B ?文章編號(hào)：1671-7988（2019）23-107-03

Research on Ventilation Performance Optimization of Automotive Air

Intake Pipe Model

Zhang Li

（Department of Application & Engineering， Zhejiang Economic & Trade Polytechnical， Zhejiang Hangzhou 310018）

Abstract： The structure of the air intake duct of the automotive has a great influence on the amount of air ventilation， this paper takes the air intake duct model of a brand automobile as the research object， and uses the finite volume method to filter the NS equation and the standard κ-ε turbulence model. The simulation results show that the introduction of the fairing and baffle improves the flow inside the intake pipe and contributes to the improvement of air ventilation performance. The results will provide a basis for the structural optimization design of the automotive intake pipe.

Keywords： Intake; Pipeline; Performance; Optimization

CLC NO.： U462.1 ?Document Code： B ?Article ID： 1671-7988（2019）23-107-03

1 前言

汽車進(jìn)氣管道作為汽車空氣供給系統(tǒng)的有機(jī)組成部分，主要承擔(dān)了控制空氣通風(fēng)進(jìn)氣量的職能?，F(xiàn)代汽車一般將空氣流量計(jì)、空氣進(jìn)氣壓力傳感器等電器元件放置在汽車進(jìn)氣管道內(nèi)部，以檢測(cè)進(jìn)入管道的空氣流量以及空氣壓力。為了滿足測(cè)量要求，就要求汽車進(jìn)氣管道的空氣內(nèi)部流動(dòng)比較平穩(wěn)，以避免紊流對(duì)電器元件測(cè)量精度的影響。文獻(xiàn)[1]設(shè)計(jì)了一種被動(dòng)式渦流翼片，應(yīng)用于汽車進(jìn)氣通道中，在常用的節(jié)氣門開度范圍內(nèi)以較小的流量損失得到了大幅度的渦流比提升。文獻(xiàn)[2]應(yīng)用三維/一維耦合技術(shù)設(shè)計(jì)合理的進(jìn)氣消聲器，可為今后消聲器的設(shè)計(jì)與改進(jìn)提供參考。文獻(xiàn)[3]主要通過實(shí)驗(yàn)的方法對(duì)某國(guó)產(chǎn)車型在實(shí)際使用過程中出現(xiàn)的進(jìn)氣噪聲過大問題對(duì)其進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，在滿足不改動(dòng)進(jìn)氣系統(tǒng)外觀和在整車上的布置這一前提下，通過使用新型可滲透性材質(zhì)編織內(nèi)插管降低了全轉(zhuǎn)速段的進(jìn)氣噪聲。本文以某國(guó)產(chǎn)品牌汽車的進(jìn)氣管道為研究原型，在此基礎(chǔ)上有兩處結(jié)構(gòu)改進(jìn)：其一是在管道入口附近增加了擋板，以改變氣流的入流方向;其二是在管道內(nèi)部的模組入口增加了蜂窩過濾網(wǎng)，以穩(wěn)定氣流方向。在對(duì)管道結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)簡(jiǎn)化后進(jìn)行仿真計(jì)算，制作網(wǎng)格，如圖1所示。整個(gè)管道流場(chǎng)區(qū)域分為四個(gè)區(qū)，分別是入口區(qū)、擴(kuò)散區(qū)、模組整流區(qū)以及出口區(qū)?？紤]到模組整流區(qū)是我們關(guān)注的重點(diǎn)，在網(wǎng)格劃分上，模組整流區(qū)網(wǎng)格最密集，最小網(wǎng)格為0.8mm，其他區(qū)域的最小網(wǎng)格在1-3mm之間。測(cè)試的流量點(diǎn)有4個(gè)，分別是0.12、0.6、1.2、2.4m3/h。

圖1 ?管道結(jié)構(gòu)及網(wǎng)格

2仿真結(jié)果分析

2.1 整流罩的影響

圖2顯示了輸入流量為6m3/h時(shí)管道內(nèi)部流場(chǎng)在有無整流罩結(jié)構(gòu)的速度云圖。從圖中可以發(fā)現(xiàn)，在進(jìn)氣管道模組整流區(qū)域入口增加蜂窩過濾網(wǎng)有利于模組整流區(qū)氣流速度的均勻分布。當(dāng)模組整流區(qū)域沒有整流罩時(shí)，氣流速度呈現(xiàn)模組整流區(qū)中心側(cè)速度比兩端速度要大的特點(diǎn)，在安裝整流罩后，氣流在模組整流區(qū)分布都比較均勻，有利于電器元件的測(cè)量。因此，安裝整流罩對(duì)汽車進(jìn)氣管道內(nèi)部流場(chǎng)的穩(wěn)定是有幫助的。

（a）無整流罩 ? ? ? ? ? ?（b）有整流罩

圖2 ?輸入流量為6m3/h時(shí)的速度云圖

2.2 擋板的影響分析

圖3顯示了輸入流量為6m3/h時(shí)汽車進(jìn)氣管道在有無擋板情況下的速度流線圖。從圖中可知，在單側(cè)輸入氣流的同等條件下，擋板的存在能夠影響氣流的渦流分布，改變氣流的運(yùn)動(dòng)方向。在圖3（b）中，輸入氣流還能夠通過擋板與管道之間的間隙流動(dòng)?？紤]在后期改進(jìn)過程中將這種間隙封鎖，再次改變氣流的流動(dòng)方向，讓氣流先從擴(kuò)散區(qū)流動(dòng)，然后再進(jìn)入整流區(qū)。

（a）無擋板 ? ? ? ? ? ? ? ?（b）有擋板

圖3 ?輸入流量為6m3/h時(shí)的速度流線圖

2.3 不同流量的管道內(nèi)部流場(chǎng)分布

圖4顯示了汽車進(jìn)氣管道在不同流量下的速度云圖分布情況。從圖中可以看出，無論是哪個(gè)流量點(diǎn)，在模組整流區(qū)的速度分布是比較均勻的，流場(chǎng)分布的一致性也比較好。氣流在模組整流區(qū)分布的主要差異體現(xiàn)在整流罩附近，比如當(dāng)流量為2.4m3/h時(shí)，氣流在整流罩中心的速度要少于兩端。還有一點(diǎn)就是當(dāng)流量為0.12 m3/h時(shí)，風(fēng)機(jī)電控模塊所處管道的整個(gè)流場(chǎng)仿真不收斂，這表明在該流量點(diǎn)時(shí)汽車進(jìn)氣管道內(nèi)部流場(chǎng)是不具有穩(wěn)態(tài)的，具有多變性。

（a）0.12 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（b）0.6

（c）1.2 ? ? ? ? ? ? ? ? ?（d）2.4

圖4 ?不同流量下的速度云圖分布（m3/h）

圖5顯示了汽車進(jìn)氣管道在兩種流量下的壓力云圖分布情況。從圖中可知，無論是哪個(gè)流量點(diǎn)，氣流在模組整流區(qū)的壓力最低，這有利于氣流通過擠壓的方式從汽車進(jìn)氣管道的擴(kuò)散區(qū)運(yùn)動(dòng)到整流區(qū)。只是由于一部分氣流直接從入口通過擋板縫隙貫入整流區(qū)，這將影響到模組整流區(qū)的氣流擠壓效果，會(huì)出現(xiàn)各整流片流道之間氣流速度有快有慢，如圖5（b）所示，在模組整流區(qū)的兩側(cè)出現(xiàn)了很明顯的低壓區(qū)，這將導(dǎo)致兩側(cè)的氣流流動(dòng)速度明顯要快于其他區(qū)域。

（a）4.2 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （b）6

圖5 ?不同流量下的壓力云圖分布（m3/h）

圖6顯示了汽車進(jìn)氣管道在不同流量下的速度流線圖分布情況。從圖中可知，無論在哪個(gè)流量點(diǎn)，模組整流區(qū)的氣流主要來自兩部分，其一是直接從進(jìn)口區(qū)通過擋板間隙直接貫入的氣流，主要集中在整流區(qū)靠近擋板的一側(cè);其二是通過管道擴(kuò)散區(qū)擠壓過來的氣流，主要集中在整流區(qū)遠(yuǎn)離擋板的一側(cè)。氣流在模組整流區(qū)內(nèi)部沒有發(fā)現(xiàn)渦流，僅僅流量點(diǎn)為2.4m3/h時(shí)氣流在整流罩附近出現(xiàn)了渦流，但經(jīng)過整流片以后，氣流迅速穩(wěn)定了下來。

（a）0.12 ? ? ? ? ? ? ? ? ? （b）0.6

（c）1.2 ? ? ? ? ? ? ? ? ? （d）2.4

圖6 ?不同流量下的速度流線圖分布（m3/h）

3 結(jié)論

通過對(duì)比分析汽車進(jìn)氣管道的內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化引起的通風(fēng)性能差異，得到如：

（1）氣流在汽車進(jìn)氣管道模組整流區(qū)的流場(chǎng)穩(wěn)定性是得到保障的，在整流區(qū)的氣流沒有發(fā)現(xiàn)渦流，氣流分布比較均勻。

（2）小流量的不收斂代表著小流量時(shí)氣流無法在整個(gè)流場(chǎng)建立穩(wěn)定的流場(chǎng)，其流場(chǎng)形態(tài)變化無常，影響測(cè)量的線性度。大流量情況下氣流流場(chǎng)穩(wěn)定，流場(chǎng)形態(tài)也比較一致。

（3）整流罩以及擋板的存在有利于模組整流區(qū)的流場(chǎng)穩(wěn)態(tài)的形成。

參考文獻(xiàn)

[1] 李良波.一種汽車進(jìn)氣系統(tǒng)的被動(dòng)式渦流翼片研究[D].重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文，2012.

[2] 李金庫(kù).基于三維/一維偶合技術(shù)的汽車進(jìn)氣諧振器研究[D].東北林業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文，2102.

[3] 錢欣怡.進(jìn)氣系統(tǒng)聲學(xué)性能的實(shí)驗(yàn)研究及其優(yōu)化[D].浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文，2012.