涡流控制单元入口走向对进气性能的影响 李东利 巩菊红（奇瑞汽车股份有限公司） 摘要：本文阐述涡流控制单元进气入口走向的不同对进气性能的影响。 速并且完全，优化低速的动力性能；在中、高转速下，低速涡流气道打 。通过ＣＦＤ分析来研究涡流控制单元与进气歧管及进气总管之间连接角度对 开，产生低速涡流，降低汽缸燃烧的最高温度，从而达到改善排放的 边流第出进气流通性能的影响。提供了三种不同角度的涡流控制单元设计方案，为了 目的。在１．ＯＤＴＩ柴油机缸盖进气侧，每一个燃烧室对应两个进气道， 模流口便于评价，将涡流控制单元与进气歧管一同进行ＣＦＤ分析。旨在通过定压力 ｏｕｔｌｅｔ２、ｏｕｔｌｅｔ４、ｏｕｔｌｅｔ６对应缸盖上低速涡流气道，在低速时关闭， 边界条件下各方案流量与流量系数对比，来分析连接角度对流通性能的影 工况１：ｉｎｌｅｔ进口总压１Ｏ００００Ｐａ，ｏｕｔｌｅｔ１出口静压９７５００Ｐａ， 其他为壁面 粲～分，蝴 ∞一 ３一 响，从而指导设计方案的确定。 关键词：进气歧管涡流控制单元Ｏ引言 ＣＦＤ分析 中高速才会开启进气。因此，本次分析共三个方案，每个方案计算六 擀 ｅ种工况，分别是： 想 体 １．０ＤＴＩ柴油机进气歧管总成在设计中，由于结构较为复杂，且 布置空间较为狭小，要求歧管总成部分在设计时保证进气性能前提 工况２ ｎｌｅｔ进口总压１０００００Ｐａ，ｏｕｔｌｅｔ３出口静压９７５００Ｐａ， 下力求紧凑。进气歧管总成之涡流控制单元需要进行结构优化，通过 其他为壁面 ＣＦＤ分析来研究涡流控制单元与进气歧管及进气总管之间连接角 工况３ ｎｌｅｔ进口总压１０００００Ｐａ，ｏｕｔｌｅｔ５出口静压９７５００Ｐａ， 度对进气流通性能的影响，对涡流控制单元入口走向的方案进行进 其他为壁面 一步确认。 工况４：ｉｎｌｅｔ进口总压１０００００Ｐａ，ｏｕｔｌｅｔ１、ｏｕｔｌｅｔ２出口静压 １分析目的 ９７５００Ｐａ，其他为壁面； 通过提供的三种不同角度的涡流控制单元设计方案，来分析不 工况５：ｉｎｌｅｔ进口总压１０００００Ｐａ，ｏｕｔｌｅｔ３、ｏｕｔｌｅｔ４出口静压 同的涡流控制单元进气入口对进气性能的影响。为了便于评价，将涡 ９７５００Ｐａ，其他为壁面； 流控制单元与进气歧管一同进行ＣＦＤ分析。旨在通过定压力边界条 工况６：ｉｎｌｅｔ进口总压１０００００Ｐａ，ｏｕｔｌｅｔ５、ｏｕｔｌｅｔ６出口静压 件下各方案流量与流量系数对比，来分析连接角度对流通性能的影 ９７５００Ｐａ， ’响。图１为进气歧管总成气道几何模型，含进气歧管和涡流控制单 其他为壁面： 元，图中方框内为涡流控制单元气道模型。 在以上六种工况下，分别计算三种不同方案质量流量和流量系 ２分析过程 ． 数，以比较三种方案对进气流量的影响。 如图２所示，涡流控制单元进 计算结果见表一、表二以及图５、图６所示 气入口角度不同，ｃａｓｅ１、ｃａｓｅ２、 表１三方案各工况下质量流量 表２三方案各工况下流量系数 ｃａｓｅ３三种不同方案。以ｃａｓｅ２作 符力棠顼髓流齄ｋｇ／ｓ） 备西案流豫系数 ｃｄｓｅｌ ｃａｓｅ２ ｃａｓｅ３ ａｓ ｌ （、ａＳｅ２ ｎｓｅ３ 为基准，另外两种方案涡流控制单 工况Ｉ （）．０Ｉ６４５ （）．（）Ｉ６７４ 《）．（）Ｉ６９＂ｔ ｌ：况１ ０．３，１５６５ ０． １ ７１ ０．３５５７２ 元进气入口角度各向两侧偏差 ｆ ２ 【）．（）１６１６ ０．（１１６４６ ｉ）．Ｉ］１ ６６６ Ｔ龇２ ０．３３９５６ ０．３ｔ５８７ ０．３５０２２ １０。。 图１进气歧管总成气道几何模型 ｒ ３ ０，０１５６．ｔ Ｏ．Ｏ１５７９ Ｏ Ｏ１５９８ 工况３ ０．１２８７ｌ ０．３３１ ７８ ０．？，３５７９ ¨Ｉ＿ ４ （）．【）４７８２ ０．０４５，１￣ （）｛）４６５Ｉ ｌ：ｂｔ．，１ ０．５３８，１０ ｏ．５１２１０ ０．５２３６７ ■ 况５ （），ｅ）５ｌ６２ （）．０，１５７９ （） （）４５７９ Ｉ‘况５ ０ ５８１２３ Ｏ ５１５ Ｏ ５】５６０ 错攥艟Ｉ Ｉ 况６ ０．０．１６０１ ０．０ｔ６１５ Ｏ．０４６ｌ２ Ｔ况６ ０．．５１８０９ ０．５１９６３ Ｏ．５１９３３ 厘巫西夏亟 『自（ ｅｌ＿ ：口ｃａｓｅ ｃａＩｅ３ ：： 医馨ｉ 鎏ｉ羹 ” Ｃ 以 Ｃ ｅｌ 图２．三种涡流控制单元 主 唧 ｊ 扰１嘣 ２ １ ３ Ｉ况１ Ｉ艟５ 鏊 寓 黝进气入口角度差异简图 ６ 图３带进气歧管三种方案几何模型 图３所示为三种带进气歧管的涡流控制单元几何模型，ｃａｓｅ１、 图５三方案各工况下质量流量柱状图图６三方案各工况下流■系数柱状图 ｃａｓｅ２与ｃａｓｅ３分别为进气入口连接角度不同的三种涡流控制单元 由表一、表二以及图５、图６可知： 设计 三种方案在工况１一工况３中，ｃａｓｅ１、ｃａｓｅ２、ｃａｓｅ３三种方案 的质量流量依次递增，ｃａｓｅ３质量流量相对来说，稍优于另外两种方 案，但从数据上来看，差异也很小； 三种方案在工况４一工况６质量流量为０．０４５４８～０，０５１ ６２ｋｇ／ｓ， 除了ｃａｓｅ１在工况４、工况５流量与流量系数高出其他两方案约 ５％、１３％Ｙ１＂，其他工况三方案流量与流量系数差异很小； 度：３ 三种方案在工况４一工况６下的质量流量基本都为前三种对应 工况的３倍左右。 摩．３００ｋ 图４带进气歧管涡流控制单元计算模型 ㈣ 竹∞ ３．４壁面：标准壁面函数，温度：３００ｋ 为便于分析，对带进气歧管的涡流控制单元各个进出气口做标 记说明，进气总入口为ｉｎｌｅｔ．其余各个出口见图４，对于１．０ＤＴＩ柴油 机，进气系统采用了可变涡流进气系统，它是通过控制进气涡流强 度的大小来控制燃烧的反应程度和最高温度，从而改善发动机的燃 烧和排放。其工作原理是：在低速低负荷的时候，低速涡流气道关 闭，气流通过高速涡流气道产生高速涡流，提高涡流强度，使燃烧加 蓬图７ Ｃａｓｅ１工况１总压分布 图８ Ｃａｓｅ１工况１速度分布 ２７３ 同煤集团煤气厂除尘系统的改造 李国栋 （大同煤矿集团有限责任公司煤气厂） 摘要：根据原料煤在运输、筛选、破碎过程中产生的粉尘，我厂因地制宜， 视，我厂积极向集团公司申请资金，并获批准。经过集团公司设计院 合理改造，彻底解决了粉尘污染问题。 的设计选型及北京鼓引风机有限公司厂家的大力配合下，我车间根 关键词：除尘系统改造 据现场生产环境、场地，因地制宜，本着投资少、便于操作、回收粉尘 我厂煤焦运车间是主要生产车间之一，担负着煤、焦的筛选、运 容易的原则，尽量利用原有空气加压系统，在不同位置，安装了９台 输、加工、破碎任务。其中煤系统有皮带１ ５部、筛子５座、破碎机２ 不同型号的除尘器。 台、转运点１５处；焦系统有皮带１５部、筛子４座、转运点１５处。在 除尘系统按其组成形式可分为选旋风除尘、布袋除尘、静电除 生产过程中，会产生大量粉尘，严重影响工人身体健康和作业环境安 尘、喷淋除尘等等除尘方式。除尘效果的好坏，与其各个组成部分都 全，并造成资源的极大浪费，一直是困扰我厂的难题之一。 有着密切的关系，但除尘方式的选择最为关键。目前在工业上常用的 １立项原因 除尘方法中比较，重力沉降法能分离１００ ｕｍ以上颗粒；常规的旋风 １．１危害性我厂粉尘产生于两种情况：一种是筛选、加工、破碎 除尘器能分离１０ ｕ ｍ以上颗粒；高效多管旋风除尘器能分离５ｕ ｍ 煤过程产生的粉尘，粉尘量大、干燥，微粒通常大于１ ｕ ｍ。从环境保 以上的细粉尘；湿洗除尘可捕集１～５ ｕｍ的粉尘，气体内易夹带液 护的角度和对人的危害程度来看，煤粉尘是大气中各种毒物的元凶， 雾，会产生二次污染，只能在较低温度下使用（设备大）；电除尘和布 尤其是在０．５—５ ｕ ｍ之间的飘尘（既长期甚至几年漂浮在大气中的 袋除尘可捕集Ｏ．１～１ ｕ ｍ的粉尘。与之比较，布袋除尘显著优点是环 粉尘），对人危害最大。大于５ ｕ ｍ的尘粒，由于慢性作用可被鼻毛 保效果指数高。缺点是造价和运行成本过高（设备庞大），不能处理有 与呼吸道粘稠排除。小于Ｏ．５ ｕ ｍ尘粒，也可因气体扩散作用被粘附 结露或粉尘吸潮性强的物系，遇水易糊袋，导致压降上升，布袋损坏 在上呼吸道表面随痰排除。唯独０．５—５ ｕ ｍ的飘尘可通过呼吸道直 过快，运行费用高，难以长期稳定运行。而我车间现在存在的主要问 接到达肺部而沉积，危害人体。另一种是焦筛选加工过程中产生的粉 题，就是除尘能力不足，因此选择布袋除尘很适合。根据设计要求能 尘，粉尘量小、湿润，但含有致癌性很强的芳香族碳氢化合物，对人危 够清除粉尘对环境的污染并创造经济社会效益，所以在除尘器的选 害也很大。由于未安除尘器前，粉尘沉降于作业现场，堆积于墙壁、电 型上，最后确定了采用两种型式的除尘器，一种是ＬＢＦＣ一２４０旁插 缆机架等设备上。人工清扫时，又造成了二次扬尘，且在死角部位积 扁袋分室脉冲袋式除尘器；另一种是ＬＨＦ回转反吹扁袋除尘器 聚，容易造成发热自燃，严重影响生产安全。 （ＺＣ—ＩＩＩ型）。 １．２必要性２００９年４月以前，我厂在煤系统落料点、煤１样尾、 一种是ＬＢＦＣ一２４０旁插扁袋分室脉冲袋式除尘器。这种除尘器 煤新旧手选尾、煤４撑头、煤３拌尾等几处安装了洒水装置。但由于受 具有除尘效率高，性能稳定，适应性强的优点，被广泛用于工业除尘、 气候影响，冬季刮板机落料点（室外）洒水装置不能使用。煤３＃尾洒 气体净化以及产品的回收。这种除尘器适合于车间生产现场空间位 水装置由于物料喷淋后马上要进入分选设备（室外）也不能使用，并 置小、高度较低的限定安装条件，是便于室内安装的新型除尘器，它 导致煤３＃尾粉尘扬尘严重，工人几乎无法作业。再加上冬季使用存 吸收其它除尘器的优点，具有以下特点：①除尘器采用分室结构，离 煤较多、降雪少，整个煤系统粉尘污染更是严重。而焦系统安装的焦 线清灰，整个系统的运行由一台ＰＬＣ程序控制柜完成，使调试非常简 ４撑、焦８＃、焦１６＃洒水装置在冬季由于无暖气也无法使用。打炭化 便，运行可靠。离线清灰克服了在线清灰再吸附的缺点，从而明显地提 焦时，由于熄焦效果较好，粉尘不严重；但打焦化厂焦时熄焦效果不 高清灰效果。②采用旁插滤袋，不仅降低了除尘器的高度，而且便于维 好，扬尘严重，女工拣矸作业几乎无法进行。在返粉焦时，由于露天堆 护。更换滤袋，不影响整体除尘器运行。③除尘器滤器室内气流流动方 放时间较长，导致筛贮焦楼粉尘扬尘严重，严重影响工人作业。虽然 向与粉尘的沉降方向一致，有利于粉尘的沉降，避免了滤器室内粉尘 车间给各岗位工人配发了口罩，但是被动防护，仍然是治标不治本， 的二次吸附和飞扬。④除尘器采用定阻、定时、手动三种控制，随条件 工作十分被动。尽管车间在几年前也安装了两台除尘器，一台在煤移 选用，除尘器脉冲喷吹次数减少，不仅减少压缩空气的消耗，而且还能 动皮带处，一台在分选处。由于除尘器台数少，吸尘点不多，对整个车 延长滤袋的使用寿命。 间生产系统环境无大改善，只在扬尘严重的转运点处起到了较好的 其工艺示意图如图１所示： 效果。 说明（以煤Ｃ 除尘器为例）：①当由煤１挣头、煤新、旧手选尾、煤 ２成果内容 ４｝｝尾、煤１｝｝筛子处收集来的含尘气体，由进风管道进入除尘器上 针对以上情况，也随着国家、省、市及集团公司对环保的高度重 部，经项部的气室低速进入尘气室，含尘空气均匀地进入滤袋，过滤 （上接第２７３页） 由分析数据来判断，涡流控制单元连接角度对进气流通性影响 Ｃａｓｅ１工况４总压与速度分布如图９、图１０所示，流速大的区 较小。 域与压损较大区域一致。一处为文丘里管附近，一处为ｏｕｔｌｅｔ４对应 各方案工况１～工况３的总压分布类似图７所示，为便于说明， 的支管与谐振腔２连接区域。流动没有明显的涡流存在。工况５、工 图中仅显示ｃａｓｅ１。最大压损发生在图中圆圈区域文丘里管处。对于 况６与此类似。 相同谐振腔的歧管，压力分布均匀，谐振腔２压力最高，谐振腔１压 ４结论 力最低。各方案工况１一工况３流速分布类似图８所示，流速最大区 通过对三种不同连接角度的涡流控制单元ＣＦＤ分析，可得出： 域也在文丘里管处，流动比较通畅，没有明显的涡流区。 ①同一种方案流动性与均匀性较好，没有明显的涡流。且双出口 流量约为单出口流量的三倍。 ②三种方案对比来看，除了ｃａｓｅ１在工况４、工况５流量与流量 蓁一 系数高出其他两方案约５％、１３％外，其他工况三方案流量与流量系 数相差很小。只要保证涡流控制单元与前后部件平滑连接，涡流控制 单元进气入口走向对进气流通性影响较小。 ③在布置空间允许的条件下，优先选用紧凑型方案。 参考文献： ｖ ｛ ［１］Ｄｅｓｍｏｎｄ Ｅ Ｗｉｎｔｅｒｂｏｎｅ，Ｒｉｃｈａｒｄ Ｊ Ｐｅａｒｓｏｎ．“Ｄｅｓｉｇｎ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｉ椭打 ｅｌ＃ｓ融ｍ 船ｙｄ融州Ｉ螂｜｛ ｆｏｒ Ｅｎｇｉｎｅ Ｍａｎｉｆｏｌｄｓ”Ｉ Ｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｌｉｍｉｔｅｄ．ＵＫ， 图９ Ｃａｓｅ１工况４总压分布 图 １０ Ｃａｓｅ１工况４速度分布 ２００１． ２７４
