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基于CFD的内燃机空气滤清器内气固两相流数值模拟
概述
内燃机是现代交通工具的重要动力源之一，而空气滤清器是保证内燃机正常运行的关键部件之一。传统的空气滤清器采用机械过滤的方式，但是在运行过程中，过滤介质会受到颗粒物的损耗，过滤效率会逐渐下降，因此需要进行定期更换和维护。为了提高空气滤清器的过滤效率和使用寿命，近年来越来越多的研究者开始采用CFD数值模拟方法，对空气滤清器的内部气固两相流进行研究。
本论文基于CFD数值模拟方法，对内燃机空气滤清器内部的气固两相流进行数值模拟。具体研究内容包括：建立空气滤清器的数学模型，并采用Euler-Euler两流模型求解两相流场；分析空气滤清器内部的流场分布、压力分布和过滤效率；探讨不同粒径和形状的颗粒物对空气滤清器过滤效率的影响。
数学模型
空气滤清器的数学模型可以分为两部分：气相流动模型和固相运动模型。气相流动模型采用Euler方程描述，固相运动模型采用Bagnold方程描述。对于多孔介质中的气固两相流动而言，数学模型需要考虑以下几个因素：两相之间的相互作用、干燥颗粒物和水蒸气等的影响、颗粒物与过滤介质之间的作用力、空气滤清器内部的流动阻力等。
模型求解
本论文采用Euler-Euler两流模型求解空气滤清器内部的气固两相流场。该模型主要分为两个方程组：气相流动方程组和颗粒物运动方程组。
气相流动方程组考虑质量守恒、动量守恒和能量守恒三个方面，其中质量守恒方程描述气相流体中的空气质量变化，动量守恒方程描述气流运动的力学特性，能量守恒方程描述气流的温度分布变化，从而对空气滤清器内部的流动状态进行预测。
颗粒物运动方程组考虑固相运动的物理特性，包括颗粒物位置、速度和粒径等。该方程组包括颗粒物质量守恒方程、颗粒物动量守恒方程、颗粒物能量守恒方程三个方程，同时也考虑了颗粒物和气体之间的相互作用。
结果分析
通过数值模拟，我们获得了空气滤清器内部的气固两相流场分布、压力分布和过滤效率等信息。其中，气流速度最大值出现在空气滤清器入口处，颗粒物质量浓度最大值出现在空气滤清器出口处。在分析空气滤清器的过滤效率时，我们采用了颗粒物捕集效率的计算方法，该方法可以通过颗粒物的捕集率计算空气滤清器的过滤效率。通过改变颗粒物的粒径和形状，我们研究了不同颗粒物对空气滤清器过滤效率的影响。
结论
本论文基于CFD数值模拟方法，对内燃机空气滤清器内部的气固两相流进行了研究。通过建立数学模型和模型求解，我们获得了空气滤清器内部的气固两相流场分布、压力分布和过滤效率等信息。通过对比不同颗粒物的过滤效率，我们得到了空气滤清器的最优设计参数，为实际的空气滤清器设计提供了理论依据。