基于SolidWorks Flow Simulation的滤清器过滤效果分析

    发动机在工作时，需吸入大量空气，若空气中含有灰尘等杂质将会加剧发动机内部零件的磨损；若空气中曲轴润滑油的油滴随空气流入发动机内，则这些油滴混在燃油内与空气一起发生燃烧反应，会导致大量浓烟。因此，为了最大限度地避免这些现象，必须在发动机前安装空气滤清器。

    本文所涉及的模型，是一款典型空气滤清器的核心部件，该部件有一个入口，一个出口，内置一块滤板，其中该内置滤板通过改变气流路径来分离出空气中的油滴等杂质。

    本文采用专业的计算流体动力学分析软件 Flow Simulation对气流经过滤清器过程进行数值模拟，通过粒子追踪方法，评估了该滤清器对三种尺寸（8μm、13μm和18μm）油滴等杂质的过滤效果。

    本文CFD分析的目标是，评估该结构的滤清器对不同尺寸油滴等杂质过滤效果，并用P=1-Moutlet/Minlet来计算预测的过滤量。其中：Moutlet及Minlet分别表示流经入口及出口的质量流量。

一、模型简化及数值模拟假设

    1.简化模型创建

    空气滤清器的原始模型含有缸套、密封垫、活塞环及螺栓等部件，比较复杂。为方便计算分析，本文对原始模型进行了简化处理，其基本结构组成及坐标系如图1所示。

图1 滤清器模型结构

    模型由壳体、入口、出口和滤板四部分组成。滤板将壳体分隔成左右腔室，入口和出口皆在壳体上，壳体腔内高200mm，内径为80mm，入口和出口直径均为14mm，流体经入口进入第一腔室，遇到滤板阻隔，整体向下流动，从相通处流至第二腔室，再经出口流出。其中流体经入口的质量流率为0.0001kg/s，沿法向进气，出口处边界条件为默认数值：101325Pa和293.15K。

    2.数值模拟假设

    滤清器对不同尺寸油滴等杂质的过滤效果用P=1-Moutlet/Minlet来计算预测实现的过滤量，因实际问题中杂质及油滴相对整个气体质量流量很小，对气体流动的影响甚微，所以，可用粒子示踪法来模拟小颗粒随气流的运动状况。这类数值模拟分析是基于以下假设：①示踪粒子是有体积（直径可设定）的质点；②示踪粒子对流场无影响；③示踪粒子之间无相互作用；④示踪粒子的运动完全由流场决定。

二、前处理

    1.初始设置及边界条件

    使用 Flow Simulation中的向导进行初始设置：国际制(SI)长度单位为mm，入口体积流率单位为m³/s；分析类型为内部流动，排除内部没有流动条件的空腔；流体为空气；默认初始条件。边界条件设置：入口流体的质量流率为0.0001kg/s，沿法向进气，出口处边界条件按默认为101325Pa及293.15K。通过“检查模型”显示状态正常，分析类型为内部，流体体积为0.000989057m³，如图2所示。