作者：朱明泽 苏卫东
来源：《时代汽车》2017年第17期
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摘 要：汽车燃油箱注油过程中必须避免加油提前跳、燃油反喷等现象，在传统的设计开发中需要通过制造样件来验证燃油加注性能。随着硬件和软件技术的发展，在目前汽车油箱的设计开发中越来越多地应用CFD（Computational Fluid Dynamics） 分析的方法，本文描述了基于商业计算流体动力学（CFD）软件ANSYSFlu ent环境下燃油箱注油过程的模拟。采用Fluent中提供的VOF（Volume of Fraction） 气液两相流模型和RNG k-c湍流模型，在基于ANSYS ICEM CFD软件确定网格划分方案和进行适当的边界条件设置后，建立了合理可行的加油过程气液两相流动CFD数值分析模型。得到了燃油加注过程中，气液两相的分布、油箱内部压力、加油排气的通风流量等影响加注性能的参数，这说明采用CFD技术对注油过程进行分析是一种辅助燃油系统设计的有效方法，可缩短油箱设计周期、降低开发成本。 魔幻音响 关键词：注油；计算流体力学
1 引言
汽车燃油系统是汽车部件中重要的功能件和安全件之一。在开发中，燃油系统也是一个关键部件。燃油箱位置和空间受到车身结构的限制，往往布置在车身底部，与加油口之
间存在一定距离。需要通过注油管连接至加油口，这对燃油加注可能带来困难。汽车在加油过程中，加油速度通常比较大，如果注油管设计不合理，燃油不能顺畅流入油箱，就会出现“跳、飞溅”等现象；如果燃油箱设计不合理，燃油箱中的气体不能及时排出，燃油箱内部压力会快速增大，导致“跳、反喷”等现象。在以往燃油箱设计中需要制造样件运用试验方法验证，关于加油管注油过程的仿真分析很少，一般是在出现问题后利用试验手段对加油管进行优化，这样不仅会延长整车开发周期、增加开发成本，而且因为在试验中很难观察到燃油在加油管中的流动状况，使得设计人员难以确定产生问题的根本原因，不能根据实验结果准确地修改、优化设计。随着CFD理论、硬件和CFD软件的发展，现在越来越多地使用CFD方法来辅助汽车燃油箱的设计。通过在计算机虚拟环境中模拟燃油在加注时的流动分布，可以直观地观察到加油管、燃油箱内的流场情况，并迅速确定出现问题的部位及原因，为后续的优化设计提供依据。mhhpa
本文以某款燃油系统为例，介绍了利用ANSYS Fluent软件进行燃油加注过程模拟的方法。
2 注油过程三维数值分析
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2.1 计算网格
本次分析建立了包括加油嘴、加油管、通气管及燃油箱的加油總成模型，采用ANSYS ICEMCFD网格划分工具生成网格。在划分网格时，对加油头部结构做了简化，同时对结构变化大的部位进行网格细化，如图1所示。
2.2数学模型
2.2.1流动控制方程
在燃油箱注油分析中，燃油箱中存在两种相态的流体，一种是液态（燃油），一种是气态（空气），且两种流体均不可压缩，液面随时间变化。因此确定该分析为多相流模拟，需要计算VOF模型的非定常问题。
VOF模型依赖于两种或多种流体（或相）是互不渗透的这一事实。对于引入模型中的每一相，引入一个称为单元相体积分数的变量。在每一个控制容积中，所有相的体积分数之和为1。只要在计算域内每一点的各相的体积分数已知，全部变量和物性的场都由各相共享并代表了体积平均值。因而，根据体积分数的值，任意单元内的变量和物性或者为一相
的代表，或者为多相混合物的代表。即，如果单元中第q相流体体积分数为n。，当n。-0盹单元中没有第q相流体；当n。=l时：单元中充满第q相流体当O工程仿真
2.2.2湍流模型
常用湍流模型有直接数值模型（ DNS）、基于雷诺平均N-S方程组（RANS）的模型、大涡模型（ LES）、标准k.￡模型、RNGk.e模型和带漩涡修正k-s模型等。本文采用工程上被广泛使用的RNG kI￡模型[4]。
2.2.3边界条件
本模拟计算中，模型边界主要由注油管口部的速度进口和压力出口组成。速度进口处，燃油体积分数为l，且燃油以3 .9m/s（约45L/min）的速度加注到油管中，压力出口处为恒定的一个标准大气压，其他边界均为无滑移壁。由于要获得模拟中各时刻燃油体积分数和速度的分布，故采用瞬态计算。另外，本次计算不考虑相间质量和热量的传递。
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