基于CFD方法的某发动机油气分离器的性能分析

CFD分析方法可以直观了解产品流体复杂的流动现象,能够快速的指导产品的优化,在现代内燃机零部件设计过程中起到关键的作用。我们根据发动机曲轴箱通风的实际需求,运用CFD多相流分析方法,模拟某增压发动机油气分离器性能。由于其捕获率相对较低,对高负荷区域油气分离器增加粗分离结构,提升油气分离器的性能。分别计算油滴直径为1μm、3μm、5μm、7μm和9μm的捕获率和窜气流场分布,增加粗分离器后油气分离器对直径为1μm油滴的捕获率从42%提升到60.5%,整体压力损失仅为76 Pa。结合台架实验结果,验证优化后的分离器能满足使用要求。     

基于CFD技术的迷宫式油气分离器优化设计

应用计算流体动力学软件FLUENT对汽车发动机气门室罩内的迷宫式油气分离器进行三维两相流场和油滴颗粒分离效率的数值模拟.通过计算四种分离器结构参数(出口位置、出口直径、V型槽间距和V型槽宽度)下的分离器的分离效率和压降损失,分析了各参数对分离效率的影响,得到分离器性能的规律性结论和分离器的最佳结构参数,用于指导迷宫式油气分离器的设计.     

应用正交试验法进行惯性粒子分离器结构优化

采用正交试验的原理和数值模拟方法对某一惯性粒子分离器进行了试验和模拟,研究了惯性粒子分离器结构参数对粒子分离器分离效率以及总压损失的影响。由正交试验设计方法得到了粒子分离器的优化结构,结果表明:与原模型相比,优化后模型气固分离效率有了明显的改善,尤其是对于小粒径颗粒,在进口速度40 m/s的工况下,当粒子直径为20μm时,分离效率由76.5%提升至99.55%;而对于30μm颗粒,则可以实现全部分离的效果,对于其它工况和粒径情况,气固分离效率也有不同程度的提升。     

窜气对旋风分离器性能影响的实验研究和数值模拟

旋风分离器是循环流化床锅炉的重要部件之一,窜气影响旋风分离器的性能。以冷态实验和数值模拟为基础,在筒体直径200 mm的旋风分离器、结合下料的立管直径分别为56 mm和80 mm的实验台上,研究了窜气对分离效率和阻力的影响规律。旋风分离器阻力随窜气速度的增大先升高而后降低,分离效率随窜气速度的增大而降低,窜气影响旋风分离器的锥段和立管内颗粒的流动。数值模拟结果也说明窜气减弱了旋风分离器和立管内的旋流强度。     

气体机迷宫式油气分离器分离效率的试验研究

针对一款六缸天然气气体机新产品,进行了内置迷宫式油气分离器选型、设计和试验研究。在全负荷、标定转速工况下,油气分离器内部温降约为7℃,相同窜气量时闭式迷宫分离器内部的温度要比开式的低约5℃。分离器的内部压力随窜气量的增大而增大。分离效率随着窜气量的增大而增大,在180L/min时闭式和开式系统都达到约87%的分离效率,而流量小于180L/min时闭式分离系统的分离效率比开式分离系统最高可高出约10%。试验结果表明:分离器内部隔板和挡板结构尺寸和安装距离的优化组合、窜气量的大小、开式油气分离通风系统或闭式油气分离通风系统方案的选择都是影响油气分离器分离效率的关键因素。     

发动机油气分离器CFD模拟技术和分离效率研究

利用STAR-CD软件对迷宫和旋风组合的油气分离器的分离效率和压力损失进行了评估和优化。计算结果表明:k-εSST湍流模型由于能够精确模拟近壁区域的流动,更适合分离效率的计算。油气分离器的分离效率随着活塞漏气量和粒子直径的增大而增大。旋风分离器对于小粒径油滴的分离起主要作用,其分离效率随着流量的增大和降低变化幅度很大。迷宫式分离器的效率对流量的变化适应较好。回油孔设计非常关键,在保证回油通畅的情况下避免机油被吸入分离器。     

轴流式旋风分离器结构与分离特性数值模拟

依据轴流式旋风分离器的基本结构建立分析模型,通过CFD-DEM耦合计算获得运行时内部流场主要参数以及颗粒分布,提取了影响分离性能的主要结构参数,研究其在不同粒径、不同进口速度下与分离效率和压降的关系,并给出了分离效率与各参数的拟合关系式。结果表明：叶片出口角和排气管直径对轴流式旋风分离器的分离效率有显著影响,随着叶片出口角减小,静压逐渐增大,切向速度增大,同时分离效率提高;排气管直径增大,静压减小,当其为分离器筒体直径的0.6~0.7倍时分离效果最好;流速为20 m/s时,对4 μm的颗粒分离效率可达到92.3%,10 μm及以上颗粒可实现100%分离;并使用加权方法给出了在粒径dp≥4 μm,进口风速为4~20 m/s的工况下适用的分离效率计算模型。     

柴油机迷宫式油气分离器分离效率数值模拟

应用商用CFD软件AVL-FIRE对某三缸柴油机迷宫式油气分离器进行CFD分析,模拟迷宫内的流速与压力分布;采用离散模型模拟油滴粒子喷射,假定油滴粒子与壁面碰撞后即被捕捉,进而得出不同直径的油滴分离效率;对比了几种迷宫结构方案的进出口压降以及油气分离效率。结果显示:计算结果虽偏高,但趋势与试验值较吻合,证明了采用CFD技术对油气分离器进行模拟的可行性。     

一种复合式油气分离结构的设计开发与试验验证

为某型国六柴油机设计一款集成在缸盖罩盖上的高效油气分离结构,其中精分离单元选用了吸附式滤棉,对小颗粒油滴有很好的分离效果。通过计算流体动力学（CFD）气液两相流分析方法确定产品基本结构参数,并借助德国Topas油气分离试验台完成了不同粒径油滴颗粒分离效率测试和气流压力损失测试;通过调整滤棉前孔板的孔径,研究不同气流冲击速度对滤棉吸附效果的影响,确定加速孔最佳直径。结果表明：增加吸附式滤棉后,对直径为0.5μm以内的小颗粒油滴的分离效率可提升约25百分点;所设计的样件可通过发动机台架试验验证,出气含油质量流量约0.48 g/h。     

中心管式重力分离器汽水分离效率研究

以Fluent软件为工具,模拟蒸汽-水工况下中心管式重力分离器中液滴的运动,考察影响中心管式重力分离器汽水分离效率的主要因素。结果表明:液滴速度对分离器的分离效率的影响基本可以忽略;蒸汽速度和中心管径对分离器的分离效率影响较大,蒸汽速度越大分离效率越低,中心管直径越小分离效率越高;中心管长度对液滴的临界分离直径无影响,但能提高小颗粒直径的分离效率。     

柴油机活塞组件结构参数对其密封性能的影响

以一款非道路高压共轨柴油机为研究对象,结合活塞温度场试验研究,建立了活塞组件运动学模型。着重研究了不同配缸间隙、开口端倒角对柴油机窜气量及缸内润滑油消耗的影响规律,运用响应曲面法分析了活塞环开口间隙对窜气量的影响,在此基础上对顶环及二环开口间隙参数进行优化,得到最优解。分析结果表明:配缸间隙的增大使得润滑油消耗增大,最大增幅为7.54%,配缸间隙对窜气量影响较小。顶环开口端倒角对窜气量影响较为明显,顶环开口端倒角从0增加到1mm,窜气量增大13%。顶环及二环开口间隙对柴油机窜气量影响具有线性关系,油环开口间隙对柴油机窜气量影响较小。顶环开口间隙0.42mm、二环开口间隙0.48mm为最优解,此时窜气量为13.11L/min。     

热水循环流化床锅炉高、低速混合床节能改造及效果

针对1台29MW热水锅炉热效率低和飞灰含量高等问题,改两级分离的高速循环流化床锅炉为带高温旋风水冷分离器的高、低速混合循环流化床锅炉;将分离器中心筒插入深度从原来的30％增大到100％,并在分离器中心筒底部增设缩口使烟气流速增大15m／s。实践表明：锅炉热效率提高19个百分点;节煤量远大于分离器电力消耗的增加;分离器飞灰含量降低28个百分点。     

发动机起动过程中活塞漏气模拟分析

采用AMESim建立了柴油机单缸机及活塞漏气模型,假设气体流动为一维非稳态可压缩的绝热流,采用方形小孔流量计算方法,分析了不同转速下的活塞漏气和缸压变化。通过分析表明,转速每降低50 r/min,循环漏气量增加0.03g,漏气量占进气量百分比提高3.74%,最大爆压降低0.112 MPa。按照柴油机起动最低缸压1.7 MPa要求,起动转速应为大于200 r/min。     

直喷增压汽油发动机曲轴箱通风系统的研究

为满足直喷增压汽油发动机的曲轴箱通风系统的开发需求,借助现代CAE软件分析能力,通过降低活塞漏气量,优化回油结构,优化取气口位置及面积,合理匹配油气分离器压损和有效回油高度,通过多轮试验验证,找出最优设计方案。     

新型扩散式下排气气固分离器实验研究

通过实验方法（分离效率的测定和三维粒子动态分析实验）研究了扩散式下排气气固分离器的分离流阻、流场分布和分离效率等，从而降低扩散式气固分离器的阻力，提高分离效率。分离器内部的各种设计（上导流锥高度的确定、下导流锥的倾角和排气管高度等）均为提高气固分离器的效率和降低阻力，从实验可以看出该气固分离器对于30μm粒径粗灰的分离效率很高，能达到95％以上。     

方形下排气分离器气固两相流动的PDA研究

应用激光相多谱勒三维颗粒动态分析仪（3D-PDA）对方形下排气分离内部气固两相流场进行了测试,得到了分离器内不同截面的气相和颗粒相的流场矢量图,时均速度等基本运行规律。研究结果发现方形分离器内横截面上的流场旋转中心偏离其几何中心,在边角位置存在局部小旋涡,在分离器左右两个壁面附近流运有向壁面流动的趋势,研究结果有助于对分离器的分离机理的认识和指导其结构的优化设计。图14参6     

Experimental investigation on oil-gas separator of air-conditioning systems

The oil-return system plays an important role in the variable refrigerant flow (VRF) systems because it ensures the reliable operation of the VRF systems. The oil-gas separator is the most essential component of the oil-return system, and the separation efficiency of the separator directly influences the performance of the VRF systems. Therefore, in this paper, a test rig was built to measure the oil discharge ratio of the compressor and the separation efficiency of the oil-gas separator. A sound velocity transducer was used to measure the oil mass concentration instantaneously, because the sound velocity was changed with the mass ratio of oil to refrigerant. The separation efficiency of the separator could be obtained by comparing the mass fraction of oil to refrigerant before and after the separator was connected to the system.     

进口结构对方形旋风分离器性能影响的数值研究

利用CFD模拟研究了一种具有双矩形进口的方形截面的旋风分离器内部的流动特点,其中气相模型采用了雷诺应力湍流模型（Reynolds stress model,RSM）,颗粒相采用随机轨道模型。计算结果与文献实验数据的对比表明模型具有可靠性。模拟结果表明：在分离器内部的排气管和分离器壁面间的区域为强旋湍流区,靠近分离器壁面和排气管壁面的区域旋流强度较弱;排气管下的分离器内出现了回流;进口结构影响分离器内的旋流分布特点和回流开始位置及湍动能的分布,从而影响了分离效率和阻力,其中倾斜双进口的方形分离器内旋转向下的气流运动区域更大,回流开始位置更低,因此其分离效果更好;进口结构影响分离器内局部湍动能的分布特点和大小,从而决定了分离器的阻力大小;倾斜双进口的方形分离器内的局部湍动能小于对应的垂直单、双进口分离器,因此其阻力系数最小。     

W型火焰炉旋风分离器分离特性的实验研究

W型火焰炉旋风分离器是一种利用旋风分离原理进行浓缩的煤粉浓缩器。在气固两相实验台上进行了分离器气固分配特性的实验研究。结果表明,在乏气挡板开度为100%时,乏气仅占总风量的35%,一次风浓侧颗粒浓度由入口处的0.58 kg/kg上升到0.80 kg/kg,煤粉浓缩效果较差。为此,将乏气管直径由80 mm提高到100 mm,实验测得:在乏气挡板开度100%时,乏气占总风量的65%,一次风颗粒浓度上升到1.58 kg/kg,取得了较好的浓缩效果。     

带加速段的卧式旋风分离器的数值模拟及工业应用

带加速段的卧式旋风分离器具有体积小、结构简单、造价低、分离效率高等优点,为了解其工作机理,应用Fluent软件,采用雷诺应力模型模拟气相流动、离散相模型模拟颗粒运动轨迹,同时计算并给出了加速段出口速度为25.46 m/s时,粒径为1μm、5μm、10μm和30μm的颗粒运动轨迹,结果表明该分离器对细小颗粒具有一定的分离效率,与实验吻合良好。最后应用Fluent软件对实际应用的卧式旋风分离器进行了数值模拟,在不考虑物料循环的条件下,该分离器分离效率为85.8%,分离效率较高。