详情

原文传递不同工况下汽车燃油箱中油液晃动特性及其控制研究

论文题名：	不同工况下汽车燃油箱中油液晃动特性及其控制研究
关键词：	汽车燃油箱;运行工况;油液晃动;油气挥发;被动控制;主动控制
摘要：	随着人类对能源危机和环境保护意识不断增强，汽车逐渐从耗能模式向节能减排模式转型，各国政府和汽车主机厂对汽车排放指标的要求越来越严格。除汽车发动机尾气排放外，近年来汽车燃油系统排放性能也被高度重视。为了满足更高的燃油系统性能指标，本文针对不同工况下油液晃动特性、基于自由液面面积的油气挥发特性和油液晃动控制技术展开探索和研究。主要研究内容如下：　　1.燃油箱内油液晃动理论研究。简述了不同工况下油液在燃油箱内晃动特点，建立惯性和运动坐标系下矩形腔充液模型，并介绍了液体晃动过程中基本方程和边界条件。结合研究内容特点确定了VOF仿真方法。描述了质量-阻尼-弹性元件等效液体晃动模型和等加速度工况下油液水平晃动基本方程，并获得了油液自由液面方程和油液压力分布方程。　　2.三维充液燃油箱有限元模型的创建。依据准确性和经济性模型创建原则，分别采用Pro/E和Hypermesh建立燃油箱三维实体几何模型和有限元网格模型；并将网格化的模型数据与Fluent实现数据共享，利用VOF法对三维燃油箱模型进行油液填充、约束条件的施加和初始条件的设定；同时分别采用不同网格尺寸和不同计算步长对仿真方法进行验证。最后通过试验方式获得不同加速度工况下油液中心点晃动压力数据，并与仿真数据相对比，最大误差在5%以内，验证了仿真结果的可靠性。　　3.不同因素作用下燃油箱内油液晃动特性研究。基于不同三维充液燃油箱有限元模型，分别从燃油箱布置方式、燃油箱形状、油液充液比、汽车加速度、汽车加速度持续时间和燃油箱内压力的视角展开燃油箱内油液晃动特性的研究。相同工况下，油液中心点和中心线晃动压力、油液质量和体积流速作为油液晃动特征主要表征参数。对比相同工况下油液晃动参数可知：燃油箱形状、油液充液比、汽车加速度和汽车加速度持续时间对燃油箱晃动特性影响较显著；分别对矩形、椭圆形和三角形燃油箱进行优化，提出了心形燃油箱，并发现心形燃油箱是抑制油液中心点和中心线晃动压力波动的最佳外形；油液充液比越大，油液晃动压力越大，压力波动幅度越小；汽车加速度值越大，油液晃动压力波动越大；汽车加速度持续作用时间越长，后续油液晃动压力值越大，晃动压力波动越大。　　4.不同结构挡板作用下燃油箱内油液晃动特性研究。在带有不同类型挡板燃油箱有限元模型的基础上，分别从不同挡板结构、尺寸、形状、间距、数量和布置为视角展开燃油箱内油液晃动特性的研究。在研究过程中提出了直线形、圆弧形、多段线形、多圆弧形、波纹形和偏心圆弧形新型挡板；提出了平面对称、平移对称、原点对称和交叉布置方式。对比相同工况下油液晃动参数可知：少孔挡板、高挡板、波纹形挡板、小间距挡板、双挡板和平面对称布置挡板有利于抑制油液晃动。　　5.基于自由液面面积的油液晃动中油气挥发研究。相同工况下，分别研究了不同形状燃油箱、油液充液比、挡板形状和挡板外在因素对油液晃动过程中油气挥发量的影响。提出了油液晃动过程中油气挥发量表征参数时面值的概念。比较不同因素对自由液面面积和时面值影响数据可知：发现了每种挡板均能衰减自由液面面积波动幅度的规律；发现了在油液自身惯性力和重力联合作用下有利于降低时面值的规律；心形燃油箱、少油液充液比、波纹形挡板、小间距挡板有利于降低油气挥发量。　　6.燃油箱内油液晃动控制技术方案探讨。阐述了燃油箱内油液晃动被动和主动控制技术方案，并提出了主动燃油箱新概念。利用油液晃动被动控制技术原理，提出了机械吸能式、液压式和油液晃动控制及能量回收再利用技术方案；利用油液晃动主动控制技术原理，提出了纵向主动防晃和垂直旋转式主动防晃技术方案；其中垂直旋转式主动防晃技术方案可以满足不同形状燃油箱、不同方向油液晃动的主动抑制。最后对燃油箱油液晃动控制技术和未来发展进行了展望。
作者：	张恩慧
专业：	车辆工程
导师：	何仁
授予学位：	博士
授予学位单位：	江苏大学
学位年度：	2020
正文语种：	中文