摘 要

车用油气分离器分离效率的高低直接决定着曲轴箱强制通风系统性能的好坏，同时也会对发动机的排放性、经济性和可靠性产生较大的影响，因而开发出一款具有高分离效率、低压力损失的油气分离器具有十分重要的现实意义。

本文首先利用FLUENT软件对旋风式油气分离器内部气相场的速度、压力、湍动能以及湍流耗散率等分布情况进行了研究，发现气相场的切向速度、轴向速度、总压、湍动能以及湍流耗散率曲线都在轴线两侧呈对称分布，而径向速度由于波动较大，不呈对称分布。然后研究了几何尺寸及入口流速等参数对分离性能的影响，研究表明：分离效率和压力损失基本呈正相关，提高分离效率的同时往往伴随着压力损失的增大。最后用正交法设计了仿真试验，从众多种方案中挑选出了具有最高分离效率，同时又把压力损失维持在较低水平的最佳结构优化设计方案。

关键词：旋风式油气分离器；曲轴箱窜气；正交设计；流场计算

Abstract

The separation efficiency of the oil-gas separator directly determines the performance of the crankcase forced ventilation system. It also has a direct impact on engine emissions, economy and reliability. Therefore, it is of great practical significance to develop a cyclone oil-gas separator with high separation efficiency and low pressure loss.

Firstly, the distribution of the velocity, pressure, turbulent kinetic energy and turbulent dissipation rate of the gas phase in the cyclone separator were calculated by FLUENT software. The results showed that the gas phase field of tangential velocity, axial velocity, total pressure, turbulent kinetic energy and turbulent dissipation rate curves were symmetrically distributed along axis. Then the effects of the geometric sizes and inlet flow velocity on the separation performance were studied. The results showed that the separation efficiency was positively related to the pressure loss, and the increase of the separation efficiency was accompanied by the increase of the pressure loss. Finally, the simulation tests were designed by orthogonal method, and the optimum design scheme of the structure was selected, which has the highest separation efficiency with the low pressure loss.

Key Words：Cyclone oil-gas separator；Crankcase blow-by；Orthogonal design；Flow field calculation

目 录

第1章 绪论 1

1.1 选题的背景与意义 1

1.2 车用油气分离器 2

1.2.1 车用油气分离器的分类与工作原理 2

1.2.2 旋风式油气分离器的工作原理 4

1.3 旋风式油气分离器的国内外研究现状 5

1.3.1 国外研究现状 5

1.3.2 国内研究现状 6

1.4 本文的主要研究内容 6

第2章 旋风式油气分离器的仿真模型 8

2.1 CFD仿真技术概述 8

2.2 气相湍流模型 9

2.3 多相流模型 10

2.3.1 多相流模型概述 10

2.3.2 DDPM模型 11

2.4 本章小结 12

第3章 气相场的数值模拟 13

3.1 入口流速及几何参数的初步选定 13

3.1.1 入口流速的初步选定 13

3.1.2 几何参数的初步选定 13

3.2 建立三维模型与划分网格 15

3.3 气相场数值模拟结果分析 16

3.3.1 切向速度分布 16

3.3.2 径向速度分布 17

3.3.3 轴向速度分布 18

3.3.4 总压分布 19

3.3.5 湍动能分布 20

3.3.6 湍流耗散率分布 21

3.4 本章小结 22

第4章 油气分离器性能影响因素研究 24

4.1 不同粒径油滴运动规律分析 25

4.2 入口流速对分离性能的影响分析 27

4.3 入口长宽比对分离性能的影响分析 29

4.4 圆柱段直径对分离性能的影响分析 30

4.5 圆柱段长度对分离性能的影响分析 31

4.6 出气管直径对分离性能的影响分析 32

4.7 出气管插入深度对分离性能的影响分析 33

4.8 圆锥段长度对分离性能的影响分析 34

4.9 出油口直径对分离性能的影响分析 35

4.10 本章小结 36

第5章 旋风式油气分离器结构正交优化设计 37

5.1 正交试验设计理论简介 37

5.2 正交试验设计 38

5.3 本章小结 42

第6章 全文总结与工作展望 43

6.1 全文总结 43

6.2 工作展望 44

参考文献 45

致 谢 47

第1章 绪论

1.1 选题的背景与意义

从2000年到2016年的16年间，我国的汽车产量增长了十多倍，2016年我国国内汽车产量 2819 万辆，截至 2016 年底，我国汽车保有量已达到 1.94 亿辆，至 2020 年将达到 2.5 亿辆^[1]。这一系列的数据说明我国已经成为了世界汽车大国，汽车早已走进千家万户，并且随着生活水平不断提高，汽车的需求量还将持续增加。然而，任何事物都是有利也有弊，伴随着汽车保有量一同快速增长的不只人们出行的便捷度，还有急剧增加的汽车排放污染物，它是导致我国大气污染的罪魁祸首之一。汽车排放污染物不但能够引发呼吸系统疾病，造成地表空气臭氧含量过高，而且还会加重城市热岛效应，使城市环境趋于恶化，因此减少汽车污染物排放已成为了世界各国政府刻不容缓的任务^[2]。