引射式EGR体系文丘里管内活动数值模仿剖析

1 前语

废气再循环技能是现在下降发动机NOx排放的首要办法之一，关于增压柴油机而言，因为其空燃比较大，能够完成较大的EGR率。但增压直喷柴油机因为其进气管均匀压力高于排气管均匀压力，废气不能主动从排气管流向进气管，所以完成废气再循环添加了其特有的难度。增压柴油机要选用EGR技能改进NOx排放功用，有必要选用特别办法战胜排气管与进气管之间的压力逆差，才能将满意量的废气送入进气管，然后完成废气再循环。战胜压力逆差可通过进步排气压力、进气节省或下降进气压力的办法完成。在进气管加装文丘里管，能够下降EGR接口处的进气压力，因而选用文曲里管EGR体系能较便利的在大工况下完成废气再循环，而且附加泵气丢失少，成本低，有很大的优越性。本文以YC6105ZLQ型增压柴油机EGR体系为研讨模型，运用CFD—Fluent对文丘里管的规划参数，增压空气和EGR废气在文丘里管内部的活动状况及混合状况进行数值模仿。

2 引射式文丘里管作业原理

文丘里管从结构上分为缩短段、混合段和扩压段三部分，文丘里管示意图见图1，增压柴油机结构简图如图2所示。从流体力学和工程热力学原理可知，在亚音速范围内，气体在缩短形通道内活动，气流会加快，马赫数增大，压力、温度和密度都会下降，这个进程成为胀大进程。

图1 文丘里管示意图

假如亚音速气流在扩张形通道内活动，则气体必然会减速，马赫数减小，压力、温度和密度都升高，这个进程成为紧缩进程。文丘里管便是使用这个机理进行作业的，当气体在缩短管内活动时，进行的是一个胀大进程，在喉管处会构成一个较低的压力，这就能将废气从涡轮前引射进入柴油机进气管，然后完成废气再循环，别的假如在柴油机进气量较大的工况，能够合理操控图2中的蝶阀来调整通过文丘里管的空气流量，但操控复杂性也相对添加。空气和废气的混合气在扩压段内的活动是一个紧缩进程，其压力会上升，这样活动丢失会较小。所以文丘里管在不耗费机械功率的状况下具有引射功用。

图2 发动机结构简图
1 增压器 2 中冷器 3 发动机 4 EGR 冷却器 5 EGR阀 6 文丘里管（符号赤色） 7 蝶阀

3 求解办法与鸿沟条件

使用三维数值模仿手法，对文丘里管引射式EGR体系的活动状况作进一步剖析。文丘里管实践尺度，树立的具有引射口文丘里管网格如图3所示，网格总数706529，EGR引射口共分2列，每列7个，沿圆周均匀散布，入射视点与水平方向成60°，核算域中的EGR引射口网格通过细化处理，如图4所示。核算进程中以为气体在文丘里管内部的活动状况是三维不行紧缩粘性湍流活动，EGR废气与增压空气无化学反应，存在热交换效果。选用规范k-ε湍流模型，选用SIMPLE算法，分别对进口为空气，引射口EGR率为15%和30%时的文丘里管内部活动进程进行数值核算。核算进程中设定质量流量为空气进口以及EGR废气进口的鸿沟条件，空气进口温度323k，流量0.152kg/s，EGR废气进口温度433k。设定文丘里管扩压段出口为压力鸿沟条件。文丘里管壁面鸿沟选用规范壁面函数法求解。

图3 引射式文丘里管核算网格

图4 EGR引射口方位的核算网格

核算进程中，EGR率界说为进入文丘里管的EGR废气质量与进入文丘里管的新鲜空气和EGR废气的总质量之比，EGR率的核算式为

式中ηEGR表明EGR率，Gr表明EGR废气质量流量，Ga表明空气质量流量。

4 引射式文丘里管内部活动进程的核算剖析

4.1 文丘里管速度场剖析

图5是文丘里管在不同EGR率时内部活动速度场散布。由图中能够看到，在不同EGR率引射状况下，扩压段尾部管壁面邻近一直存在一个较大的鸿沟层别离区域，方位在间隔文丘里管进口面320mm处，这将导致文丘里管压力恢复系数减小。依据核算结果以为，别离区产生的原因是文丘里管扩压角过大引起的，文丘里管扩压角的规划为13°（混合段直径24mm），使得管内活动产生鸿沟层别离现象。若规划满意大EGR率文丘里管，在坚持文丘里管各段长度以及扩压段出口面直径不变的条件下，扩压角应适当减小，即增大混合段出口处直径，能够防止呈现鸿沟层别离现象。在核算中发现，将原文丘里管混合段出口直径添加4mm，在鸿沟层呈现的别离区消失。别的在图5的e和f图中能够发现，EGR废气从引射口进入混合段后，因为流速小于空气的流速，因而射流不能马上与空气进行敏捷混合，跟着活动的开展，当二者速度逐步挨近时，混合均匀度逐步显着。