● 摘要
本文应用商用CFD软件Fluent对某型号车用空气滤清器的简化模型进行内部流场的三维模拟计算，其中滤芯部分采用多孔介质模型代替，并通过试验验证了这种替代的可行性和计算结果的可靠性。通过分析空气滤清器内部的流场，发现存在流动紊乱和速度分布不均匀的现象，降低滤芯的使用效率和使用寿命。在保证空气滤清器外部壳体总体尺寸不变的前提下改变局部壳体结构，并且在滤清腔和进气T形通道内布置导流装置，以此达到改善流动性能的目的。本文在分析流动性能时，以滤芯下表面和中截面的速度分布和滤芯下表面的速度标准偏差系数作为流动均匀性的评价指标。同时，由于发动机进气系统气动噪声的消声减噪和模态也是考察空气滤清器性能的重要指标，本文应用CFD软件GT-Power和CAE软件HyperWorks分别对比分析原型和改型后的气动噪声及模态，保证改型之后的这两项性能依旧满足要求。
空气滤清器滤芯阻力参数的试验及多孔介质模型替代滤芯的模拟计算结果表明：多孔介质模型替代滤芯的方法误差较小，可满足模拟空气滤清器流动内部空气流动性能的工程需要。
多次改型设计至最终改型后的内部流场分析表明：通过初步改型的在滤清腔内部布置导流片和改变壳体局部结构，滤芯下表面速度分布的标准偏差系数Cv从30.5%下降到了22.8%，最大最小速度差从4.5m/s下降到3m/s，滤芯中截面的最大速度与最小速度差值从2.2m/s下降到1.2m/s；通过二次改型的在T形管内布置导流片，滤芯下表面速度分布的标准偏差系数Cv从22.8%下降到了16.3%，最大最小速度差从3m/s下降到2m/s，滤芯中截面的最大速度与最小速度差值从1.2m/s下降到1m/s；通过最终改型的增加滤清腔导流片数量并且调整导流片尺寸和位置，滤芯下表面速度分布的标准偏差系数Cv从16.3%下降到了15.0%，最大最小速度差从2m/s下降到1.5m/s。相比原型，最终改型后内部流动，尤其是滤芯处的速度分布均匀性有了较大的提高。
GT-Power及HyperWorks对空气滤清器原型及改型的对比分析表明：改型后，空气滤清器在发动机工作转速范围内，对发动机进气系统气动噪声的消声减噪作用不会有太大的影响；由于增加的导流片对结构进行了一定的加强，改型后的空气滤清器的模态性能与原型相比差别不大。