第24卷第2期(總第107期)機(jī)械管理開發(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(jī)電工程學(xué)院，山西太原030051)[摘要]隨著對汽車節(jié)能和環(huán)保的要求日益提高,發(fā)展汽車代用燃料已經(jīng)成為必然。甲醇是一種比較理想的代用燃料,為了實現(xiàn)甲醇裂解氣在發(fā)動機(jī)進(jìn)氣道內(nèi)充分混合,設(shè)計了不同結(jié)構(gòu)的混合器。利用計算流體力學(xué)軟件luent,對混合器內(nèi)流場進(jìn)行模擬計算;最終結(jié)果表明能夠更好地滿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[中圈分類號] U464.136 [文獻(xiàn)標(biāo)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壓計算流體力學(xué)(CFD)是用離散化的數(shù)值方法及電.力入口邊界條件,工作壓力為85 kPa。子計算機(jī)對流體無粘繞流和粘性流進(jìn)行數(shù)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:無粘繞流,包括低速利用建模軟件將內(nèi)部流場模型導(dǎo)人GAMBIT軟件流、跨聲速流、超聲速流等;粘性流動包括湍流、邊界層中，生成計算網(wǎng)格見圖2。流動等。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而于20世紀(jì)60年代發(fā)展起來的，相應(yīng)地形成了各種單元體導(dǎo)人GAMBIT,所數(shù)值解法,主要是:有限差分法和有限元法。以應(yīng)用TGrid劃為三維四隨著對汽車節(jié)能和環(huán)保的要求日益提高,發(fā)展汽車面體網(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間，網(wǎng)格間料,可以用于汽車內(nèi)燃機(jī)和汽車燃料電池。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)氣系情況下自動劃分整個實體圈2混合器的網(wǎng)格模型統(tǒng)。本文作者以車用492汽油發(fā)動機(jī)為基礎(chǔ),根據(jù)混合網(wǎng)格。器內(nèi)部流場,對油氣混合器進(jìn)行全面改造和調(diào)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(nèi)的氣流做引射器是引射混合器的簡稱，它把不同壓力的兩出一些假設(shè):1)內(nèi)部氣體滿足牛頓內(nèi)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(nèi)部流場為穩(wěn)態(tài)湍流。4)引低壓流體有時可以處于大氣環(huán)境中。它的工作特點是射器璧面上滿足無滑移邊界條件。對動量方程組進(jìn)行泵抽次流(燃?xì)?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”,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題的常用方法。根據(jù)以上假設(shè),我們采用變成動能,靜壓降低到低于次流的總壓。在混合管內(nèi)，K-ε雙方程求解湍流擴(kuò)散問題;它有實用范圍廣、經(jīng)濟(jì)主流的壓力能逐漸恢復(fù)，使整個混合管的靜壓逐步獲.及合理的精度,它是個半經(jīng)驗的公式,是從試驗中總結(jié)得提升。本文以常用的文丘里(Venturi) 噴管為基礎(chǔ),出來的。使用k-ε湍流模型解決問題時,控制方程包結(jié)合引射混合器，分析設(shè)計一種新型的應(yīng)用于汽油機(jī)括:連續(xù)性方程和動量方程,運輸方程和k-ε方程4。的燃?xì)饣旌掀鳌?.3邊界 條件2引射器的內(nèi)部流場計算對于混合器的兩個進(jìn)口邊界條件均為壓力入口邊根據(jù)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(nèi)部流口為壓力出口條件,壓力為80kPa,空氣和甲醇的組場模型(見圖1)。應(yīng)用分各占50%。fluent 軟件的transport&2.4原始結(jié)構(gòu)計算結(jié)果分析reaction功能,模擬單相多原混合器結(jié)構(gòu)中,引射管內(nèi)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,甲醇和空氣混合過程的空間空氣,作為一個壓力人口邊圈1 混合 器內(nèi)部流場模型短小;大部分氣體未經(jīng)混合就被高速氣流吹到出口,導(dǎo)收稿日期: 2009-01-20作者簡介: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:車輛電子與信息技術(shù)。.17●第24卷第2期(總第107期)機(jī)械管理開岌2009年4月致甲醇在出口圓面徑向上的質(zhì)量分布稀疏見圖3。以.成混合;在出口平面內(nèi),以圓心為0點,從正負(fù)12.5出口圓面為平面，圓心為0點，距離0點到正負(fù)20mm的同心圓上開始,甲醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)開始增加。在半mm處的甲醇質(zhì)量系數(shù)小于30%,見圖4。由于高速氣徑20mm的圓上,質(zhì)量分?jǐn)?shù)已經(jīng)達(dá)到50%,見圖7。相流作用,在主流的兩翼會出現(xiàn)低壓漩渦見圖5。這種渦應(yīng)氣流通道內(nèi)的流速和壓力分布,見圖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了沒有充分的混合。一(a)氣流通道 截面內(nèi)(b)混合器出口面內(nèi)圈6甲醇質(zhì)量分布圍-----(a)氣流通道截面內(nèi)(b) 混合器出口面內(nèi)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(nèi)甲醇的流速(b) 氣流通道內(nèi)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(jié)(a) 氣流通道截面內(nèi)甲醇的流速(b) 氣流通道內(nèi)氣體的壓力改進(jìn)后的混合器可以實現(xiàn)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(jié)果增大了甲醇裂解氣在混合器出口的質(zhì)量系數(shù)。3改進(jìn)結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，更適合于大進(jìn)氣量時的空氣和甲醇合,提高出口面內(nèi)主流中心處的甲醇質(zhì)量分?jǐn)?shù),在第裂解氣的混合。參考文獻(xiàn)一個模型的基礎(chǔ)上加裝-一個擋塊,使得擋塊背面形成[1]張建立，張國忠.CFD在汽車空氣動力學(xué)研究中的應(yīng)用[J].低壓漩渦;并將擋塊和甲醇人口處的靜壓減小,形成沈陽大學(xué)學(xué)報, 2006(04):15-18.較低的負(fù)壓,可以更好的增大甲醇的進(jìn)氣量,見圖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(jī)械工程學(xué)會事理事長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、現(xiàn)代軋制技術(shù)與裝備學(xué)科首席帶頭人、我會剮理事長黃慶學(xué)博士(享受國務(wù)院特殊津貼)。主要研發(fā)方:向是:接觸問題邊界之方法研發(fā)、軋制裝備結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計及現(xiàn)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上，↑他主持完成的重大科技項目“一種空間機(jī)構(gòu)大型鋼板滾動剪切機(jī)”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定等榮譽稱號。(轉(zhuǎn)摘自<山西省機(jī)械工程學(xué)會動態(tài)>2009年第1期第4頁)ktt.............t.tttttet218 .