汽車排氣管流動(dòng)阻力分析

朱佩東 李光 李敏

摘要：發(fā)動(dòng)機(jī)排氣在三通結(jié)構(gòu)處為復(fù)雜的三維流動(dòng)，存在嚴(yán)重的局部能量損失。論文通脫實(shí)驗(yàn)獲得流動(dòng)損失數(shù)據(jù)，但是實(shí)驗(yàn)復(fù)雜且影響因素眾多，得到的數(shù)據(jù)存在誤差，本文利用數(shù)值模擬等技術(shù)手段分析流動(dòng)方面的損失。

關(guān)鍵詞：流體;排氣管;流動(dòng)阻力

T形45度三通管[1]的壓力損失系數(shù)隨著流量逐漸增大，不同管徑呈現(xiàn)出不同的變化規(guī)律，摩擦倍率也會影響壓力損失系數(shù)的變化，且入管與出管內(nèi)的壓力損失系數(shù)也存在各自的變化規(guī)律， 排氣管內(nèi)部的流動(dòng)復(fù)雜多變，尤其三通中更為復(fù)雜，因此，想要更清楚的得到所需結(jié)論，必須探其究竟，提高精度，在有關(guān)汽車方面，三通的應(yīng)用更為廣泛，三通內(nèi)流體流動(dòng)狀態(tài)是主要因素，但由于比較復(fù)雜，我們可以采用三通模型將其簡單化操作，進(jìn)而得到答案。

1、排氣管內(nèi)部流體的的變化情況

（1）柴油機(jī)排氣管內(nèi)流體的的變化具有以下幾種情況：

管道的長度相對于寬度而言，是比較大的，因此軸向管道內(nèi)的流動(dòng)變化情況要比徑向變化情況復(fù)雜的多，也明顯的多，所以，為了研究方便，當(dāng)管道長度足夠大時(shí)，徑向的變化就可以忽略不計(jì)了，這樣一來，管道內(nèi)的流動(dòng)就可以當(dāng)做一維流動(dòng)來處理了;

（2）管道是非定常流動(dòng)，這是因?yàn)楣艿纼?nèi)的流動(dòng)非常復(fù)雜，不能當(dāng)做定常流動(dòng)去對待，否則會產(chǎn)生很大的誤差;

（3）管道內(nèi)壁可以假設(shè)為剛性的，這樣可以極大地簡單我們的研究過程;

（4）大部分時(shí)候，必須考慮管壁的摩擦，其中熱量的變化也是不可忽略的，雖然這種現(xiàn)象就實(shí)際而言不是一維的，但是為了研究方便，還是采用一維進(jìn)行研究。

2、排氣管內(nèi)部的有關(guān)阻力

排氣管中的流動(dòng)阻力按其性質(zhì)可分為兩類：一類是沿程阻力，即管道摩擦阻力，它與流速、管長、管壁表面質(zhì)量等有關(guān);另一類是局部阻力，它是由于流通截面大小、形狀以及流動(dòng)方向變化，在局部產(chǎn)生渦流損失所引起的，經(jīng)常出現(xiàn)渦旋區(qū)和速度的重新分配。

（1）沿程損失

沿程損失簡單而言，就是當(dāng)流體流過管道的時(shí)候，由于管道的壁面不是理想壁面，不足夠光滑，因此會產(chǎn)生摩擦，會發(fā)生能量的轉(zhuǎn)移，這一現(xiàn)象，就被稱為沿程損失，但是所發(fā)生的損失并不是不可計(jì)量的，可以根據(jù)其流動(dòng)狀態(tài)計(jì)算出損失的大小變化情況。根據(jù)已有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知：其能量的變化與速度成正比，但這僅限于層流現(xiàn)象中，在其他情況下，例如紊流中，其能量變化與速度的1-2次方成正比。在大多數(shù)情況下，管道中流體的能量變化能夠又計(jì)算獲得。

（2）歧管能量的變化

在柴油機(jī)中，排氣管支管相對于總體來說，屬于較短的，而且由于設(shè)計(jì)優(yōu)化等原因，排氣管支管內(nèi)壁的光滑程度大大增加，所以，極大的方便了研究，在這一部分，沿程損失的影響可以忽略不計(jì)，局部損失成為了主要研究的對象。因?yàn)槿ㄌ幥闆r變化復(fù)雜，有劇烈的方向改變，也存在劇烈的截面積變化，當(dāng)流體流過這些地方的時(shí)候，會發(fā)生巨大改變，會受到嚴(yán)重的阻滯現(xiàn)象，這樣的變化，叫做局部阻力。當(dāng)然，不同形狀以及不同半徑也影響著其發(fā)生變化且為主要原因。

根據(jù)相關(guān)動(dòng)力學(xué)知識可知，在其他條件不變的情況下，隨著管道長度的增加，各種損失及能量的變化也隨之增大，因此，在日常生活中，為了得到更加有效的結(jié)構(gòu)，為了減少能量的損失以及節(jié)能的初衷，要盡可能的減小排氣管的長度，當(dāng)然，如果情況許可，也要相應(yīng)減小支管與總管的角度，更利于流動(dòng)。

3、結(jié)論

（1）本次實(shí)驗(yàn)針對45°三通管的流動(dòng)損失進(jìn)行一系列的模擬仿真，分別采用30mm，50mm種三種不同管徑，摩擦倍率（0.5）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得到一些結(jié)論，雖說實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不是很嚴(yán)謹(jǐn)，但在一定程度上可以作為參考數(shù)據(jù);

（2）T形45°三通管的總壓損失相對較大，壓力損失系數(shù)隨流量比增大在不同管徑內(nèi)有著不一樣的變化規(guī)律。這也進(jìn)一步表明了如果想要得到有效利用，必須控制好合理的參數(shù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]王希波.柴油機(jī)可變增壓系統(tǒng)仿真研究.山東大學(xué)博士后研究工作報(bào)告.2014.

[2]馬帥營.排氣歧管流動(dòng)阻力測試系統(tǒng)研制.河南科技大學(xué)碩士學(xué)位論文2009.

（朱佩東1996.02，山東交通學(xué)院本科學(xué)生，指導(dǎo)老師：李光、李敏）