两种空滤器的除尘性能分析

王国强，仇虎山

（陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 710200）

两种空滤器的除尘性能分析

王国强，仇虎山

（陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 710200）

空滤器作为空气进入发动机气缸的重要一环，阻止灰尘、沙粒及各种杂质直接进入气缸参与燃烧，有效防止了发动机磨损，并提高了发动机的可靠性及使用寿命。文章通过模拟分析，以Particle Residence Time作为评价指标，比较两种空滤器的除尘性能，为空滤器的选型提供参考。

空滤器；除尘

NO.: U467.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)05-38-02

前言

空滤器的作用是除掉吸入空气中的灰尘，防止发动机磨损，并起到消声降噪作用。本文通过对两种空滤器的除尘性能的对比，对空滤器的结构设计提供参考。

1、模型描述

两种空滤器在进口位置和导流方式上有所不同，一种为带导向叶片环空滤器，如图1所示；另一种为切向进气空滤器，如图2所示。

带导向叶片环的空滤器，顾名思义，就是通过叶片环产生离心作用，将空气中所包含的灰尘进行分离，使灰尘进入集尘腔中，然后排出空滤器。空气则通过粗细滤芯后进入发动机气缸中。此空滤器的进气口在壁面上并垂直于空滤器轴线。

切向进气空滤器则是通过圆弧壁面的约束，使进气在空滤器内部产生旋转从而产生使灰尘分离出来的离心力。

单从结构上来分析，切向进气空滤器要更简单些。

图1 带导向叶片环空滤器

图2 切向进气空滤器

2、模拟方法

夹杂灰尘的流动符合拉格朗日流动特征，属于Particle-Laden Flow，即空气与灰尘相互作用并推动灰尘在流场中运动，并假设灰尘颗粒之间不发生相互作用。

本文以多孔介质模拟滤芯，通过柱状坐标系和惯性阻力系数、粘性阻力系数模拟滤芯所受到的阻力特性。入口处以Injectors输入灰尘粒子，粒子选取粗粒，并按照表1的尺寸进行分布。

表1 灰尘粒子尺寸分布表

3、模型的设定

分析过程采用Steady、Segregated Flow、K-Epsilon Turbulence、Lagrangian Multiphase模型；Lagrangian Phases模型采用Material Particles、Drag Force、Pressure Gradient Force、Residence Time、Two-Way Coupling模型。

分析采用一个进口、两个出口。

进口为空气+灰尘进口，进口类型为Velocity Inlet，空气进口速度为20m/s，动力粘度为1.85508E-5Ps·s；而灰尘的流速与空气相同，流量为5×10-4kg/s。

两个出口分别为集尘腔出口和滤芯出口，集尘腔出口类型为Pressure Outlet，压力为标准大气压；滤芯出口类型为Flow-Split Outlet。

4、分析结果

4.1 带导向叶片环空滤器

由于带导向叶片环空滤器的入口垂直于空滤器壳体轴线，从入口进入的气流冲击圆柱形的滤芯，然后向两侧分流，两股气流在腔内相互作用，造成灰尘轨迹略显杂乱，如图3所示。

设Particle Residence Time为1s，从图4可以看出，大部分灰尘粒子的Particle Residence Time都大于1s，由此可以得出灰尘被分离出空滤器的时间略长。

图3 带导向叶片环空滤器中灰尘轨迹图

图4 带导向叶片环空滤器Particle Residence Time图

4.2 切向进气空滤器

由于切向进气空滤器的进口置于中轴线的侧面，进口气流依靠壁面的约束产生旋流，从图5来看，灰尘的轨迹图方向较一致，显然对于排出灰尘有利。从图6上可以看出，Particle Residence Time为0.5s。比较两者Particle Residence Time，显然切向进气空滤器时间更短，即切向进气空滤器比带导向叶片环空滤器除尘效果更好。

图5 切向进气空滤器中灰尘轨迹图

图6 切向进气空滤器Particle Residence Time图

5、结论

1）在输入条件和边界条件相同的情况下，切向进气空滤器比带导向叶片环的空滤器有更好的除尘效果；

2）切向进气空滤器比带导向叶片环的空滤器有更好的灰尘轨迹控制力。

[1] 林建忠.流体力学. 北京：清华大学出版社,2005.

[2] 李万平.计算流体力学. 武汉：华中科技大学出版社,2004.

[3] STAR-CCM+帮助文档.

Analysis of Dust Removal Performance of Two Kinds of Air Filter

Wang Guoqiang, Qiu Hushan
( Shaanxi Heavy Duty Automobile Co., Ltd, Shaanxi Xi'an 710200 )

Air filter for air into engine cylinder is important one annulus, prevent dust、sand and various impurities directly into the cylinder in combustion, effectively prevent engine wear, and improve the reliability and service life of the engine. Based on the simulation analysis, the paper compares the dust removal performance of two kinds of air filter with the“Particle Residence Time” as evaluation index, which provides reference for the selection of air filterCLC.

air filter; Dust removalk

U467.3

A

1671-7988 (2017)05-38-02

王国强，工程师，就职于陕西重型汽车有限公司汽车工程研究院，研究方向为汽车气动与热管理分析。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.05.013