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不同湍流模型下乘用车排放后处理系统流场研究

2021-10-30于洋磊曾志新冯博胡天相董愚

汽车零部件 2021年10期
关键词:后处理标准模型

于洋磊,曾志新,冯博,胡天相,董愚

(广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院,广东广州 511434)

0 引言

排放后处理系统是汽车的重要组成部分,负责对废气进行处理以满足排放法规要求并将其顺利排出。其流场及背压将直接影响到发动机的经济性、动力性及声品质[1]。作为分析排放后处理系统流场的主要方法,CFD数值仿真在前期设计阶段可对其性能进行分析,缩短开发周期并减少成本,但目前还未发现适用于所有工程流体问题的湍流模型,因此针对具体工程问题,进行不同湍流模型的适用性研究就变得重要起来[2]。本文作者选取Spalart-Allmaras、标准K-Epsilon、Realizable K-Epsilon和SST K-Omega 4种典型的湍流模型,在进行理论分析的基础上,利用STAR-CCM+软件对排放后处理系统流场进行了系统研究,并与试验结果进行对比分析,获得了各湍流模型的适用性状况,所得结论对排放后处理系统的开发具有一定的指导意义。

1 湍流模型

1.1 Spalart-Allmaras湍流模型

(1)

Spalart-Allmaras模型在航空航天应用较广,适用于边界层及轻微分离流动模拟,但对射流自由剪切等精度较差。

1.2 标准 K-Epsilon湍流模型

标准 K-Epsilon模型[4]是应用范围最广的湍流模型,通过求解湍流动能方程(κ方程)和湍流耗散率方程(ε方程)来计算得到湍动黏度μt,其输运方程为:

(2)

(3)

式中:ui为平均速度;σκ,σε,c1,c2为经验常数。

标准K-Epsilon模型形式简单且计算量小,但其主要适用于高雷诺数湍流,对于雷诺数较低的近壁面区域有局限性,且在计算强旋流、漩涡等工程流体时精度较低。

1.3 Realizable K-Epsilon湍流模型

Realizable K-Epsilon[5]模型相比标准 K-Epsilon模型,湍流耗散率采用了新的输运方程:

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