CFD技术在油箱注油分析中的应用.pdf

STAR 2013 中国用户大会论文集 CFD 技术在油箱注油分析中的应用 郑鑫1，乔鑫2 ，孔繁华3 ，李飞4 （华晨汽车工程研究院，沈阳 110141） 摘要：由于总布置原因，需重新布置油箱注油管道，现提供两种布置方案，本文利用 STAR-CCM+软件，采用多相 流模型模拟汽车油箱注油过程，观察注油过程中是否发生跳枪现象，经过试验验证模拟结果满足设计要求,没有发生 跳枪现象。 关键词：注油，STAR-CCM+，验证，跳枪现象 0 前言 汽车研发的过程中，由于空间和位置的限制，汽车油箱的加注管会被迫移动，来满足整车布置 的需求。但是由于加注管的改变，在油箱加注的过程中，油箱内的空气可能不能及时排出，导致油 箱内压力迅速增大，出现“跳枪”现象。以往处理的办法都是等问题出现后利用试验手段对油管进行 优化，这样不仅会延长整车的研发周期，而且无法观察燃油在注入过程的流动情况，使得设计人员 难以确定问题的产生原因。通过CFD 方法，模拟燃油在加注管中的流动过程，可以直观的观察加油 管内的流动情况，准确确定出现问题的部位，为后续优化设计提供依据。 本为由于整车布置原因，油箱加注管需要更改位置，设计部门提供两种更改方案，考虑是否油 箱注油过程中会发生“跳枪”现象，特此采用著名CFD 软件STAR-CCM+软件模拟汽车油箱加注过程， 验证方案的可行性。 1 理论基础及数学模型 1.1 理论基础 燃油加注跳枪的原理，当扳动加油枪手柄，主阀在顶杆的推动下被打开，压力油通过主阀，并 推开真空阀，从出油管向容器注油，并在负阀处产生负压。由于该处经通气管及出油管管口小孔与 大气相通，空气通过小孔进行补充。在燃油加满时，枪口小孔被燃油淹没，空气无法补入，形成负 压，使与此相通的橡胶侧移，带动卡针脱开，自控杆下移，手柄机构失去了平衡，主阀关闭，停止 供油，完成自封过程。 1.2 数学模型 在燃油加注的过程分析中，油箱中存在两种流体，一种是燃油，一种是空气。此分析为两相流 问题，需采用VOF 方法进行非定常模拟。 VOF 方法的基本原理是通过研究网格单元中流体和网格体积比函数F 来确定自由面，追踪流体 的变化。若F=1 ，则说明该单元全部是指定相流体所占据；若F=0 ，则该单元为无指定相流体单元； 当0F1 时，则该单元称为交界面单元。假定流场中任意点(x,y)，定义函数f(x,y,t)如下： 1 在(x ,y )点有该相流体质点  f (x ,y ,t)  0 在(x ,y )点无该相流体质点  (1) 华晨汽车工程研究院，车身CAE 工程室，xin.zheng@ STAR 2013 中国用户大会论文集 守恒形式的传输方程表示为 f uf vf   0 t x y (2) 采用图1 所示的交错网格，阴影表示液体部分，时间采用一阶差分格式，方程(2)差分形式为 F F F F n1 n 1 1 1 1 F F i ,j i ,j i,j  i,j  ij ij  2 2