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汽油滤清器内部流场分析及结构优化
摘要
汽油滤清器是汽车重要的部件之一，能够过滤油污颗粒，保护发动机免受损坏，提高汽车使用寿命。本文主要研究了汽油滤清器内部流场的特性及结构优化，通过数值模拟分析得到不同结构下的压力分布和流速分布图，并对比了其效果。结果显示，优化后的滤清器结构在流量保持不变的情况下降低了压降，同时也提高了滤芯的捕集效率。
关键词：汽油滤清器；内部流场；结构优化
Abstract
Gasolinefilterisoneoftheimportantpartsofthecar,whichcanfilteroutoilanddirtparticles,protecttheenginefromdamage,andextendtheservicelifeofthecar.Thispapermainlystudiesthecharacteristicsoftheinternalflowfieldofgasolinefilteranditsstructuraloptimization.Thepressuredistributionandflowvelocitydistributionofdifferentstructuresareobtainedbynumericalsimulationanalysis,andtheireffectsarecompared.Theresultsshowthattheoptimizedfilterstructurereducesthepressuredropwhilemaintainingthesameflowrate,andalsoimprovesthecaptureefficiencyofthefilterelement.
Keywords:gasolinefilter;internalflowfield;structuraloptimization
1.引言
汽油滤清器是汽车中重要的部件之一，主要用于过滤进入发动机的汽油中的杂质颗粒，避免沉淀在发动机内部造成机械损伤和损坏环境。由于工作环境的恶劣，滤清器的捕集效率、性能和寿命受到一定的影响，而内部流场结构的优化能够提高汽油滤清器的效率和性能。因此，本文旨在通过数值模拟和结构优化来探究汽油滤清器内部流场的特性及相应的优化措施。
2.理论分析
2.1汽油滤清器工作原理
汽油滤清器的主要作用是过滤汽油中的杂质颗粒，渗透到内部滤芯中进行过滤，滤芯的构造通常是将纤维纺织品堆积成多层，然后通过熔焊或热熔粘合成一体。汽油经过滤芯和滤网的双重过滤后，清洁的汽油被送到发动机供给燃料。
2.2内部流场分析
汽油滤清器内部流动主要分为两种情况：一类是在汽油进入滤芯前发生的，主要是流动在滤芯的外侧；另一类是在汽油滤芯中进行过滤。其中，汽油在过滤过程中的流动分为三个阶段：导流区阶段、过渡区阶段和过渡区阶段。在导流区中，沿着滤芯壁沿流动，并形成一个壁面边界层，这一区域的流体速度较慢，而在滤芯中央的速度较快。在过渡区中，流动向滤芯中心逐渐加快，颗粒物开始被捕集和固定在滤芯中，流场的特性更显著。在过渡区中，颗粒物逐渐固定在滤纸表面并构成一个滤料层，同时，儿童速度也降低了。
3.数值模拟
利用ComputationalFluidDynamics（CFD）模拟软件对汽油滤清器内部流场的特性进行了数值模拟，根据质量守恒方程、动量方程和物质传递方程的数值解来分析汽油滤清器内部流场的性质。
3.1数学模型
自由流域的控制方程是质量传递方程和动量传递方程。对于非定常自由流，动量传递方程被改写为一个非定常准一维Navier-Stokes（N-S）方程。该方程包括时间导数项、惯性项、压力梯度项、重力项和无粘性剪切滞后项。
3.2网格设置
本文使用CFX软件建立了一个三维模型，采用四面体网格划分技术，对曲率较大的滤纸等进行加密网格处理。
3.3模拟结果
通过CFD模拟分析，得到不同结构下的汽油滤清器内部流场特性参数。结果表明，优化后的滤清器结构在保持流量不变的情况下降低了压降，同时也提高了滤芯的捕集效率。由于喷嘴出口被设计成V型，相比较于传统的圆形出口，能使流体分流和混合，从而改善了流场分布，提高了滤芯内部液体的重心位置。
4.结构优化
基于CFD模拟结果，我们对汽油滤清器的结构进行了优化。改进主要在以下两个方面：
（1）优化进口流道结构，使得汽油流入更顺畅。
（2）更改滤纸布局，设置不同的孔径大小和分布，从而提高其捕集效率。
改进后的汽油滤清器的情况如下图所示：
图1改进后的汽油滤清器结构
5.结论
本文对汽油滤清器内部流场特性进行了数值模拟分析，并对不同结构下的滤清器进行对比研究。结果表明，优化后的滤清器结构在不改变流量的情况下降低了压降，同时也提高了滤芯的捕集效率。这表明结构优化可以