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汽车排气管流动阻力分析

|来源:网友投稿

朱佩东 李光 李敏

摘要:发动机排气在三通结构处为复杂的三维流动,存在严重的局部能量损失。论文通脱实验获得流动损失数据,但是实验复杂且影响因素众多,得到的数据存在误差,本文利用数值模拟等技术手段分析流动方面的损失。

关键词:流体;排气管;流动阻力

T形45度三通管[1]的压力损失系数随着流量逐渐增大,不同管径呈现出不同的变化规律,摩擦倍率也会影响压力损失系数的变化,且入管与出管内的压力损失系数也存在各自的变化规律, 排气管内部的流动复杂多变,尤其三通中更为复杂,因此,想要更清楚的得到所需结论,必须探其究竟,提高精度,在有关汽车方面,三通的应用更为广泛,三通内流体流动状态是主要因素,但由于比较复杂,我们可以采用三通模型将其简单化操作,进而得到答案。

1、排气管内部流体的的变化情况

(1)柴油机排气管内流体的的变化具有以下几种情况:

管道的长度相对于寬度而言,是比较大的,因此轴向管道内的流动变化情况要比径向变化情况复杂的多,也明显的多,所以,为了研究方便,当管道长度足够大时,径向的变化就可以忽略不计了,这样一来,管道内的流动就可以当做一维流动来处理了;

(2)管道是非定常流动,这是因为管道内的流动非常复杂,不能当做定常流动去对待,否则会产生很大的误差;

(3)管道内壁可以假设为刚性的,这样可以极大地简单我们的研究过程;

(4)大部分时候,必须考虑管壁的摩擦,其中热量的变化也是不可忽略的,虽然这种现象就实际而言不是一维的,但是为了研究方便,还是采用一维进行研究。

2、排气管内部的有关阻力

排气管中的流动阻力按其性质可分为两类:一类是沿程阻力,即管道摩擦阻力,它与流速、管长、管壁表面质量等有关;另一类是局部阻力,它是由于流通截面大小、形状以及流动方向变化,在局部产生涡流损失所引起的,经常出现涡旋区和速度的重新分配。

(1)沿程损失

沿程损失简单而言,就是当流体流过管道的时候,由于管道的壁面不是理想壁面,不足够光滑,因此会产生摩擦,会发生能量的转移,这一现象,就被称为沿程损失,但是所发生的损失并不是不可计量的,可以根据其流动状态计算出损失的大小变化情况。根据已有实验数据可知:其能量的变化与速度成正比,但这仅限于层流现象中,在其他情况下,例如紊流中,其能量变化与速度的1-2次方成正比。在大多数情况下,管道中流体的能量变化能够又计算获得。

(2)歧管能量的变化

在柴油机中,排气管支管相对于总体来说,属于较短的,而且由于设计优化等原因,排气管支管内壁的光滑程度大大增加,所以,极大的方便了研究,在这一部分,沿程损失的影响可以忽略不计,局部损失成为了主要研究的对象。因为三通处情况变化复杂,有剧烈的方向改变,也存在剧烈的截面积变化,当流体流过这些地方的时候,会发生巨大改变,会受到严重的阻滞现象,这样的变化,叫做局部阻力。当然,不同形状以及不同半径也影响着其发生变化且为主要原因。

根据相关动力学知识可知,在其他条件不变的情况下,随着管道长度的增加,各种损失及能量的变化也随之增大,因此,在日常生活中,为了得到更加有效的结构,为了减少能量的损失以及节能的初衷,要尽可能的减小排气管的长度,当然,如果情况许可,也要相应减小支管与总管的角度,更利于流动。

3、结论

(1)本次实验针对45°三通管的流动损失进行一系列的模拟仿真,分别采用30mm,50mm种三种不同管径,摩擦倍率(0.5)进行实验,得到一些结论,虽说实验数据不是很严谨,但在一定程度上可以作为参考数据;

(2)T形45°三通管的总压损失相对较大,压力损失系数随流量比增大在不同管径内有着不一样的变化规律。这也进一步表明了如果想要得到有效利用,必须控制好合理的参数。

参考文献:

[1]王希波.柴油机可变增压系统仿真研究.山东大学博士后研究工作报告.2014.

[2]马帅营.排气歧管流动阻力测试系统研制.河南科技大学硕士学位论文2009.

(朱佩东1996.02,山东交通学院本科学生,指导老师:李光、李敏)

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