空气滤清器流场数值模拟与量测义守大学.pdf

2008 海峽兩岸大學校長論壇暨科學技術研討會 台灣 義守大學 2008 年 5 月 26-27 日 空氣濾清器流場數值模擬與量測 1 2 3 4 朱力民 徐祥禎 陳建霖 劉建亨 1,2副教授 3 助理教授 義守大學 機械與自動化工程學系 4研究生 屏東科技大學 機械工程學系 e-mail:hmchu@mail.isu.edu.tw 摘要 分佈，並且將其得到的結果作為邊界值計算氣缸內流 場。Belardini 等人[7]以雷射都普勒測速儀量測不同碗狀 在引擎進氣系統中空氣濾清器扮演著重要的角 活塞頂面設計下的氣缸內流場，雷射都普勒測速儀可測 色，其設計優劣不僅影響引擎進氣效率，進而影響引擎 得引擎的實際表現，但整體和細部流場的了解與探討仍 的動力輸出特性，且其對於粉塵的捕捉效率亦有關鍵的 然有限。亦有使用分子影像測速器技術進行比較確認 影響，因此本文針對空氣濾清器內流場與壓力場做模擬 [8] 。Winterbone 等人[9]以實驗的方式針對不同尺寸的 與分析。在空氣濾清器具濾棉部分，本文在數值模擬上 進氣系統進行實驗量測，結果顯示過大的空氣濾清器體 將濾棉（element ）設定為多孔性材質（porous media ） 積會降低進氣歧管的自然頻率，對於引擎在高轉速區域 來加以計算。本文在初步設計時使用電腦輔助設計 的動力輸出有不良影響。使用計算流體力學 (CFD)的方 (CAD)軟體設計出空器濾清器，再運用電腦繪圖軟體來 法來解決科學與工程上的問題已經成為一項新的趨 建構空器濾清器內部網格型態，配合計算流體力學 勢。目前已經有許多分析流場的 CFD 軟體，如 (CFD)分析軟體計算出空器濾清器內部流場的變化，再 STAR-CD[10] 、FLUENT[11] 、KIVA[12] 、UNIC[13] 等。 運用流量測試檯來比較理論值與實驗值的差異，以確認 Rory Sinclair[14]運用數值模擬分析多缸引擎進氣歧管 本文分析之合適性與準確性。在空氣濾清器無濾棉部 的真空壓力變化。 Dent and Chen[15]利用流體力學計算 分，模擬值與實驗值的最大誤差為 9.59％；在空氣濾清 軟體分析一進氣道靜態流場，並且與在進氣管壁面所量 器具濾棉部分，模擬值與實驗值的最大誤差為 4.74％。 測到的靜壓做比較。 Caulfield 等人[16]則利用不同計算 經由結果比較顯示，模擬值皆大於實驗值。因此本文所 軟體與不同網格建構法來計算單閥門引擎進氣道的流 建立的計算流體力學分析模式可合理預估流量隨出口 量數並且做比較。 Han及 Reitz[17]則針對一柴油引擎進 壓力變化的關係，這些分析的結果可提供工程師作為設 氣速度量測，發現 RNG k −ε 紊流模式在壓力與時間之 計空器濾清器的效率與性能時的參考。 關係會得到較準確的結果。 Lebrere及 Dillies[18]則發現 關鍵詞 ：空氣濾清器、濾棉（element ）、多孔性材質、 LRR 紊流模式較能預測出燃燒室內流場之非等方向 計算流體力學、流量測試檯。 性，與實際氣缸的紊流流場結構更吻合。Ruthland[19] 以 KIVA-3 模擬四閥穩態進氣測試引擎與非穩態馬達 1. 前言 帶動的 Die