汽车排气管流动阻力分析

朱佩东 李光 李敏

摘要：发动机排气在三通结构处为复杂的三维流动，存在严重的局部能量损失。论文通脱实验获得流动损失数据，但是实验复杂且影响因素众多，得到的数据存在误差，本文利用数值模拟等技术手段分析流动方面的损失。

关键词：流体;排气管;流动阻力

T形45度三通管[1]的压力损失系数随着流量逐渐增大，不同管径呈现出不同的变化规律，摩擦倍率也会影响压力损失系数的变化，且入管与出管内的压力损失系数也存在各自的变化规律， 排气管内部的流动复杂多变，尤其三通中更为复杂，因此，想要更清楚的得到所需结论，必须探其究竟，提高精度，在有关汽车方面，三通的应用更为广泛，三通内流体流动状态是主要因素，但由于比较复杂，我们可以采用三通模型将其简单化操作，进而得到答案。

1、排气管内部流体的的变化情况

（1）柴油机排气管内流体的的变化具有以下几种情况：

管道的长度相对于寬度而言，是比较大的，因此轴向管道内的流动变化情况要比径向变化情况复杂的多，也明显的多，所以，为了研究方便，当管道长度足够大时，径向的变化就可以忽略不计了，这样一来，管道内的流动就可以当做一维流动来处理了;

（2）管道是非定常流动，这是因为管道内的流动非常复杂，不能当做定常流动去对待，否则会产生很大的误差;

（3）管道内壁可以假设为刚性的，这样可以极大地简单我们的研究过程;

（4）大部分时候，必须考虑管壁的摩擦，其中热量的变化也是不可忽略的，虽然这种现象就实际而言不是一维的，但是为了研究方便，还是采用一维进行研究。

2、排气管内部的有关阻力

排气管中的流动阻力按其性质可分为两类：一类是沿程阻力，即管道摩擦阻力，它与流速、管长、管壁表面质量等有关;另一类是局部阻力，它是由于流通截面大小、形状以及流动方向变化，在局部产生涡流损失所引起的，经常出现涡旋区和速度的重新分配。

（1）沿程损失

沿程损失简单而言，就是当流体流过管道的时候，由于管道的壁面不是理想壁面，不足够光滑，因此会产生摩擦，会发生能量的转移，这一现象，就被称为沿程损失，但是所发生的损失并不是不可计量的，可以根据其流动状态计算出损失的大小变化情况。根据已有实验数据可知：其能量的变化与速度成正比，但这仅限于层流现象中，在其他情况下，例如紊流中，其能量变化与速度的1-2次方成正比。在大多数情况下，管道中流体的能量变化能够又计算获得。

（2）歧管能量的变化

在柴油机中，排气管支管相对于总体来说，属于较短的，而且由于设计优化等原因，排气管支管内壁的光滑程度大大增加，所以，极大的方便了研究，在这一部分，沿程损失的影响可以忽略不计，局部损失成为了主要研究的对象。因为三通处情况变化复杂，有剧烈的方向改变，也存在剧烈的截面积变化，当流体流过这些地方的时候，会发生巨大改变，会受到严重的阻滞现象，这样的变化，叫做局部阻力。当然，不同形状以及不同半径也影响着其发生变化且为主要原因。

根据相关动力学知识可知，在其他条件不变的情况下，随着管道长度的增加，各种损失及能量的变化也随之增大，因此，在日常生活中，为了得到更加有效的结构，为了减少能量的损失以及节能的初衷，要尽可能的减小排气管的长度，当然，如果情况许可，也要相应减小支管与总管的角度，更利于流动。

3、结论

（1）本次实验针对45°三通管的流动损失进行一系列的模拟仿真，分别采用30mm，50mm种三种不同管径，摩擦倍率（0.5）进行实验，得到一些结论，虽说实验数据不是很严谨，但在一定程度上可以作为参考数据;

（2）T形45°三通管的总压损失相对较大，压力损失系数随流量比增大在不同管径内有着不一样的变化规律。这也进一步表明了如果想要得到有效利用，必须控制好合理的参数。

参考文献：

[1]王希波.柴油机可变增压系统仿真研究.山东大学博士后研究工作报告.2014.

[2]马帅营.排气歧管流动阻力测试系统研制.河南科技大学硕士学位论文2009.

（朱佩东1996.02，山东交通学院本科学生，指导老师：李光、李敏）