新型甲醇油氣混合器的研究

第24卷第2期(總第107期)機械管理開(kāi)發(fā)2009年4月Vol.24 No.2 (SUM No.107)MECHANICAL MANAGEMENT AND DEVELOPMENTApr.2009新型甲醇油氣混合器的研究苗勇毅(中北大學(xué)機電工程學(xué)院，山西太原030051)[摘要]隨著(zhù)對汽車(chē)節能和環(huán)保的要求日益提高,發(fā)展汽車(chē)代用燃料已經(jīng)成為必然。甲醇是一種比較理想的代用燃料,為了實(shí)現甲醇裂解氣在發(fā)動(dòng)機進(jìn)氣道內充分混合,設計了不同結構的混合器。利用計算流體力學(xué)軟件luent,對混合器內流場(chǎng)進(jìn)行模擬計算;最終結果表明能夠更好地滿(mǎn)足裂解氣和空氣的混合要求。(關(guān)鍵詞]裂解氣;計算流體力學(xué);混合器[中圈分類(lèi)號] U464.136 [文獻標識碼] A [文章編號] 1003-773X(2009)02- 0017-020引言界條件,工作壓力為93 kPa。次流為甲醇作為另一個(gè)壓計算流體力學(xué)(CFD)是用離散化的數值方法及電.力入口邊界條件,工作壓力為85 kPa。子計算機對流體無(wú)粘繞流和粘性流進(jìn)行數值模擬和分2.1 建模及劃分網(wǎng)格析的學(xué)科"。計算力學(xué)的分支有:無(wú)粘繞流,包括低速利用建模軟件將內部流場(chǎng)模型導人GAMBIT軟件流、跨聲速流、超聲速流等;粘性流動(dòng)包括湍流、邊界層中，生成計算網(wǎng)格見(jiàn)圖2。流動(dòng)等。計算流體力學(xué)是為彌補理論分析方法的不足,由于建模伊始模型以一個(gè)而于20世紀60年代發(fā)展起來(lái)的，相應地形成了各種單元體導人GAMBIT,所數值解法,主要是:有限差分法和有限元法。以應用TGrid劃為三維四隨著(zhù)對汽車(chē)節能和環(huán)保的要求日益提高,發(fā)展汽車(chē)面體網(wǎng)格?？紤]到運算的代用燃料已經(jīng)成為必然。甲醇是一種比較理想的代用燃精度和計算時(shí)間，網(wǎng)格間料,可以用于汽車(chē)內燃機和汽車(chē)燃料電池。由于甲醇和距在interval size為1的汽油在物化性質(zhì)方面存在一些差異,不得不改進(jìn)進(jìn)氣系情況下自動(dòng)劃分整個(gè)實(shí)體圈2混合器的網(wǎng)格模型統。本文作者以車(chē)用492汽油發(fā)動(dòng)機為基礎,根據混合網(wǎng)格。器內部流場(chǎng),對油氣混合器進(jìn)行全面改造和調整。2.2控制方程1引射器在定義控制方程前，我們先對引射器內的氣流做引射器是引射混合器的簡(jiǎn)稱(chēng)，它把不同壓力的兩出一些假設:1)內部氣體滿(mǎn)足牛頓內摩擦定律。2)流股流體經(jīng)同向混合,形成一種中間壓力的流體。其中，體溫度是常溫狀態(tài)。3)其內部流場(chǎng)為穩態(tài)湍流。4)引低壓流體有時(shí)可以處于大氣環(huán)境中。它的工作特點(diǎn)是射器璧面上滿(mǎn)足無(wú)滑移邊界條件。對動(dòng)量方程組進(jìn)行泵抽次流(燃氣)或提高次流壓力。主流(空氣)從主噴管雷諾平均后,再引人湍流模型研究“平均運動(dòng)”,是解決噴出,進(jìn)入混合管。在混合管的進(jìn)口,把主流的壓力能工程中湍流問(wèn)題的常用方法。根據以上假設,我們采用變成動(dòng)能,靜壓降低到低于次流的總壓。在混合管內，K-ε雙方程求解湍流擴散問(wèn)題;它有實(shí)用范圍廣、經(jīng)濟主流的壓力能逐漸恢復，使整個(gè)混合管的靜壓逐步獲.及合理的精度,它是個(gè)半經(jīng)驗的公式,是從試驗中總結得提升。本文以常用的文丘里(Venturi) 噴管為基礎,出來(lái)的。使用k-ε湍流模型解決問(wèn)題時(shí),控制方程包結合引射混合器，分析設計一種新型的應用于汽油機括:連續性方程和動(dòng)量方程,運輸方程和k-ε方程4。的燃氣混合器。2.3邊界 條件2引射器的內部流場(chǎng)計算對于混合器的兩個(gè)進(jìn)口邊界條件均為壓力入口邊根據文丘里噴管混合界,其中:人口一的甲醇組分為0.99,空氣組分為0。人.器，我們簡(jiǎn)化地得到普通口二的空氣組分為0.99,甲醇組分為0。在混合器的出的引射噴管混合器內部流口為壓力出口條件,壓力為80kPa,空氣和甲醇的組場(chǎng)模型(見(jiàn)圖1)。應用分各占50%。fluent 軟件的transport&2.4原始結構計算結果分析reaction功能,模擬單相多原混合器結構中,引射管內的甲醇被吸人后,由于組分的混合計算。主流為人口處氣流量大、流速快,甲醇和空氣混合過(guò)程的空間空氣,作為一個(gè)壓力人口邊圈1 混合 器內部流場(chǎng)模型短小;大部分氣體未經(jīng)混合就被高速氣流吹到出口,導收稿日期: 2009-01-20作者簡(jiǎn)介:苗勇較(1980-),男,山西太原人，中北大學(xué)在讀碩士研究生研究方向:車(chē)輛電子與信息技術(shù)。.17●第24卷第2期(總第107期)機械管理開(kāi)岌2009年4月致甲醇在出口圓面徑向上的質(zhì)量分布稀疏見(jiàn)圖3。以.成混合;在出口平面內,以圓心為0點(diǎn),從正負12.5出口圓面為平面，圓心為0點(diǎn)，距離0點(diǎn)到正負20mm的同心圓上開(kāi)始,甲醇的質(zhì)量分數開(kāi)始增加。在半mm處的甲醇質(zhì)量系數小于30%,見(jiàn)圖4。由于高速氣徑20mm的圓上,質(zhì)量分數已經(jīng)達到50%,見(jiàn)圖7。相流作用,在主流的兩翼會(huì )出現低壓漩渦見(jiàn)圖5。這種渦應氣流通道內的流速和壓力分布,見(jiàn)圖8。流雖有利于主流和次流在邊界處的混合,但是主流中心處的主流和次流運動(dòng)了沒(méi)有充分的混合。一(a)氣流通道 截面內(b)混合器出口面內圈6甲醇質(zhì)量分布圍-----(a)氣流通道截面內(b) 混合器出口面內圈3甲醇質(zhì) 分布圈圉7出口圓面徑向的甲醇分布圖圈4出口圓面徑向的甲醇分 布圖子a) 氣流通道內甲醇的流速(b) 氣流通道內氣體壓力的圄8甲醇的流速分 布圖和氣體的壓力分布圍--4結(a) 氣流通道截面內甲醇的流速(b) 氣流通道內氣體的壓力改進(jìn)后的混合器可以實(shí)現氣體更好地混合,混合圄5甲醇的流速分布圖和氣體的壓力分布圈的結果增大了甲醇裂解氣在混合器出口的質(zhì)量系數。3改進(jìn)結構為使主流和次流在出口中心處，進(jìn)行一定的融相對前一種結構，更適合于大進(jìn)氣量時(shí)的空氣和甲醇合,提高出口面內主流中心處的甲醇質(zhì)量分數,在第裂解氣的混合。參考文獻一個(gè)模型的基礎上加裝-一個(gè)擋塊,使得擋塊背面形成[1]張建立，張國忠.CFD在汽車(chē)空氣動(dòng)力學(xué)研究中的應用[J].低壓漩渦;并將擋塊和甲醇人口處的靜壓減小,形成沈陽(yáng)大學(xué)學(xué)報, 2006(04):15-18.較低的負壓,可以更好的增大甲醇的進(jìn)氣量,見(jiàn)圖6。[2] 唐曉寅.工程流體 力學(xué)[M]重慶:重慶大學(xué)出版社,1997.出口處形成低壓的主流和甲醇在主流中心更好地形Study of New Methanol Gas MixerMIAO Yong-yi(School of Mechatronic Engineering , North University of China, Taiyuan 030051 ,Shanxi)[Abstract] In order to fulfll dissociated methanol gas mixed in inlet system scestilly, dfferent kinds of mixers were designed,computational fluid dynamics theoretic and fluent sofware was used to calculate it inner field, at last new mixer is up to snuff and used on board.[Key words] Dissociated methanol gas ;Computational Fluid Dynamics; Mixer山西省機械工程學(xué)會(huì )事理事長(cháng)黃慶教授榮獲國家技術(shù)發(fā)明二等獎太原科技大學(xué)副校長(cháng)、現代軋制技術(shù)與裝備學(xué)科首席帶頭人、我會(huì )剮理事長(cháng)黃慶學(xué)博士(享受?chē)鴦?wù)院特殊津貼)。主要研發(fā)方:向是:接觸問(wèn)題邊界之方法研發(fā)、軋制裝備結構優(yōu)化設計及現代軋制理論技術(shù)研發(fā)等。在最近的2008年度國家科技獎勵大會(huì )上，↑他主持完成的重大科技項目“一種空間機構大型鋼板滾動(dòng)剪切機”獲國家技術(shù)發(fā)明二等獎。此外,還以第一完成人身份獲省部級科技進(jìn)步-等獎2項,二等獎1項,被山西省授予科技專(zhuān)定等榮譽(yù)稱(chēng)號。(轉摘自<山西省機械工程學(xué)會(huì )動(dòng)態(tài)>2009年第1期第4頁(yè))ktt.............t.tttttet218 .