三分支管多维流场的测量与数值模拟.pdf

内燃机学报990314 内燃机学报 TRANSACTIONS OF CSICE 1999年 第17卷 第3期 vol.17 No.3 1999 螺旋流三分支管多维流场的测量与数值模拟 帅石金　刘永长 　　摘要：排气系统对发动机的性能有很大影响，作者在MPC排气系统的基础上，提 出了一种新型螺旋流排气系统，它利用支管与总管切向斜交，使气体从支管流出后在 总管内产生螺旋运动，可以减小气体由支管进入总管时的撞击损失，同时可以防止扫 气干扰；气体产生螺旋运动还可以减少总管横截面的二次流损失和局部回流损失。为 了深入研究螺旋流排气系统的工作机理，作者利用三维粒子动态分析仪(3D-PDA)，对 一始端螺旋流三分支模件的稳态湍流流场进行了测量，并用ALE法进行了三维流动数 值模拟。模拟结果与测量结果基本吻合，反映了模件流场的三维特征。 　　关键词：螺旋流；三分支管；多维流场；测量；数值模拟 　　中图分类号：TK402　　文献标识码：A in the Swirl Three-Branched Pipe 1 2 SHUAI Shi-jin，LIU　Yong-chang 　　Abstract junction. 　　Key words Numerical simulation file:///E|/qk/nrjxb/nrjx99/nrjx9903/990314.htm（第 1／7 页）2010-3-23 4:41:49 内燃机学报990314 　　引言 　　螺旋流排气系统的概念，最早是由法国热机研究所于1978年同MPC增压排气系统 ［1］ 一起提出来的 ，当时称为组合脉冲转换B方案，属于模件单总管排气系统。80年代 中期，芬兰Wartsila厂在其生产的VASA46型中速柴油机上开始采用螺旋流排气系统 ［2］ 。与定压系统相比，其瞬态性能与部分负荷性能较好；与三脉冲系统相比，其瞬 态加速性稍差。由于这种螺旋流排气系统内部结构复杂，其应用受到很大限制。本文 研究的螺旋流排气系统省去了内部套筒，利用支管与总管切向斜交，使气体从支管流 出后在总管内产生螺旋运动，利用气体的螺旋运动，来减小气体由支管进入总管的撞 击损失，同时可以防止扫气干扰；另外，由于其结构比有套筒的螺旋流系统简单，可 ［3］ 以使总管直径减小，提高加速性能 。为了使螺旋流排气系统在发动机上取得较好 的使用效果，分支管接头处的流动特性是关键，必须对其进行深入的理论与试验研 究。目前，未曾见过国外有关方面的研究报道，国内已有的研究仅仅是开了个头 ［4］ 。本文在稳态流动试验台上，采用三维粒子动态分析仪(3-PDA)对螺旋流排气系统 的始端三分支模件的冷态流场进行了测量；同时，采用任意拉格朗日欧拉法(ALE)对其 进行三维稳态湍流数值模拟，并与试验结果进行比较。 　　1　流场的测量 　　螺旋流三分支模件稳流试验装置的布置见图1。由抽风机从进口导管将空气吸入三 分支模件，从模件流出的空气通过扩压段、稳压箱被抽风机抽出。 图1　稳态流动试验装置 file:///E|/qk/nrjxb/nrjx99/nrjx9903/990314.htm（第 2／7 页）2010-3-23 4:41:49 内燃机学报990314 　　流场速度用丹麦Dantec公司制造的三维粒子动态分析仪(3D-PDA)测量。它是对激 光多普勒测速仪(LDA)的进一步发展，可用来测量粒子的速度、直径、浓度等。PDA 测量粒子速度是基于激光多普勒效应，其基本光束有6条，分别为蓝、绿、紫色光。当 微粒穿过6束激光相交的控制体时，激光被运动着的微粒所散射，散射光的频率与入射 光的频率之差(多普勒频移f)与微粒在两束光所在平面夹角平分线垂直方向上的分速度 D U 成正比，它们之间有如下线性关系：f＝2U sinκ／