增压发动机进气系统流场计算结果分析

1.压力损失分析

如图10-17所示为进气系统整体压强分布图，在穿孔消声器下游的弯头内侧存在较为明显的负压，并且此处的负压最大。

图10-17 进气系统整体压强图

为了验证多孔介质区域压力损失仿真计算的准确性，提取空气滤清器上下两表面的压力均值，再求取其压力损失，其通过软件提取到的值如表10-3所示。

表10-3 滤芯压力损失对比

从表10-3中可知仿真误差约为6.03%，这可能由于在求取滤芯的惯性阻力系数和黏性阻力系数时，采用了最小二乘法，实际拟合点未必在拟合的曲线上，因此仿真得到的滤芯压力损失与实验压力损失存在偏差。但从仿真误差项可知此偏差百分值较小，多孔区域压力损失仿真计算准确性较高。

为分析进气系统不同部分的压降，在整个进气系统的不同位置设置若干压强的监测点（图10-18，设置5个监测点并设定标号为#1—#5号）并取相应监测点处的压强均值，记在表10-4中并对相邻监测点作差值，得到相应进气系统部分的压降值（表10-5）。

图10-18 进气系统不同监测点分布

表10-4 不同监测点处的平均压强

表10-5 进气系统不同部分的压降

由表10-4可知，整个系统的总压降在设置仿真流速284m3/h时，其系统总压降约为4045kPa。在进一步由表10-5分析可知，空气滤清器本体的压降较大，除了有滤芯阻力的影响外，空气滤清器本体结构对流场有很大的影响，后期应对此空气滤清器进行流场优化，以降低进气阻力。此外，安装穿孔消声器的管道流场阻力也较大。这可能是由于为了受安装空间的限制同时又为了兼顾消声要求，因此安装穿孔消声器的管道直径较其他部分管道直径小。

此外，在考虑不同监测点处的平均压强外，由于气流流过穿孔消声器后存在较大的气流转折，其压强分布存在较大的不均（图10-19）。弯头截面内外侧压强差可达到3623Pa，因此在进气系统布置的前期，应充分考虑尽可能使管路平缓过渡，以减少压强分布不均。

2.速度分布

将干净侧管道、穿孔消声器及空气滤清器上壳体一同沿干净侧管道轴线剖分，并将其剖切处的流场速度矢量显示在剖切面上（图10-20）。由图可知，在穿孔消声器下游转弯处速度达到最大，约为80m/s。因此，在后期流场优化时应尽量使其以小曲率过渡。

此外，通过观察剖切面上速度矢量方向，可以明显的观察到气流存在着沿流动方向翻滚运动（图10-21）。这可能是由于进气管道的空间布置引起的。

如图10-22所示速度流线能更为直观显示不同空气微粒在进气系统内的流动状态及其不同位置处的流动速度。从图10-22中可知，滤芯上游的空气在经过滤芯后，由于滤芯阻力的影响其整体流速减小，同时由于安装穿孔消声器出的管径较小，其流速梯度较大，而在弯头处由于流速过快，其流线消失。

图10-19 穿孔消声器弯头处的截面压强分布

图10-20 干净侧剖切面上的流场矢量

图10-21 穿孔消声器弯头处速度矢量

图10-22 进气系统速度流线

本节应用计算流体力学软件STAR-CCM+，对安装有多腔穿孔消声器的增压前端进气系统进行流场分析。通过选取合适的湍流模型、设置恰当的滤芯阻力参数及流场边界条件后，对其仿真计算结果进行分析，主要分析了压力损失及流体速度场的分布情况，最后得出相应的结论并提出改善压力损失的措施：

（1）空气滤清器整体的压力损失较大，除了有滤芯的阻力外，建议对其结构进行优化，以利于空气导向。

（2）减小管路的弯曲，以提高流动的均匀性。

（3）可适当提高多腔穿孔消声器气流主管的管径，以减小压降。