汽車排氣管流動阻力分析

朱佩東 李光 李敏

摘要：發動機排氣在三通結構處為復雜的三維流動，存在嚴重的局部能量損失。論文通脫實驗獲得流動損失數據，但是實驗復雜且影響因素眾多，得到的數據存在誤差，本文利用數值模擬等技術手段分析流動方面的損失。

關鍵詞：流體;排氣管;流動阻力

T形45度三通管[1]的壓力損失系數隨著流量逐漸增大，不同管徑呈現出不同的變化規律，摩擦倍率也會影響壓力損失系數的變化，且入管與出管內的壓力損失系數也存在各自的變化規律， 排氣管內部的流動復雜多變，尤其三通中更為復雜，因此，想要更清楚的得到所需結論，必須探其究竟，提高精度，在有關汽車方面，三通的應用更為廣泛，三通內流體流動狀態是主要因素，但由于比較復雜，我們可以采用三通模型將其簡單化操作，進而得到答案。

1、排氣管內部流體的的變化情況

（1）柴油機排氣管內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，因此軸向管道內的流動變化情況要比徑向變化情況復雜的多，也明顯的多，所以，為了研究方便，當管道長度足夠大時，徑向的變化就可以忽略不計了，這樣一來，管道內的流動就可以當做一維流動來處理了;

（2）管道是非定常流動，這是因為管道內的流動非常復雜，不能當做定常流動去對待，否則會產生很大的誤差;

（3）管道內壁可以假設為剛性的，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，雖然這種現象就實際而言不是一維的，但是為了研究方便，還是采用一維進行研究。

2、排氣管內部的有關阻力

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

（1）沿程損失

沿程損失簡單而言，就是當流體流過管道的時候，由于管道的壁面不是理想壁面，不足夠光滑，因此會產生摩擦，會發生能量的轉移，這一現象，就被稱為沿程損失，但是所發生的損失并不是不可計量的，可以根據其流動狀態計算出損失的大小變化情況。根據已有實驗數據可知：其能量的變化與速度成正比，但這僅限于層流現象中，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。在大多數情況下，管道中流體的能量變化能夠又計算獲得。

（2）歧管能量的變化

在柴油機中，排氣管支管相對于總體來說，屬于較短的，而且由于設計優化等原因，排氣管支管內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，局部損失成為了主要研究的對象。因為三通處情況變化復雜，有劇烈的方向改變，也存在劇烈的截面積變化，當流體流過這些地方的時候，會發生巨大改變，會受到嚴重的阻滯現象，這樣的變化，叫做局部阻力。當然，不同形狀以及不同半徑也影響著其發生變化且為主要原因。

根據相關動力學知識可知，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構，為了減少能量的損失以及節能的初衷，要盡可能的減小排氣管的長度，當然，如果情況許可，也要相應減小支管與總管的角度，更利于流動。

3、結論

（1）本次實驗針對45°三通管的流動損失進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）進行實驗，得到一些結論，雖說實驗數據不是很嚴謹，但在一定程度上可以作為參考數據;

（2）T形45°三通管的總壓損失相對較大，壓力損失系數隨流量比增大在不同管徑內有著不一樣的變化規律。這也進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。

參考文獻：

[1]王希波.柴油機可變增壓系統仿真研究.山東大學博士后研究工作報告.2014.

[2]馬帥營.排氣歧管流動阻力測試系統研制.河南科技大學碩士學位論文2009.

（朱佩東1996.02，山東交通學院本科學生，指導老師：李光、李敏）