浅析cfd的车载高压气动减压阀流场

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1、2010年第38卷第1期流体机械23文章编号：1005----O329(2010)0l—0o23—04基于CFD的车载高压气动减压阀流场分析闻耀保，沈力，赵艳培。戴瑛(同济大学，上海200092)摘要：对某氢能源汽车两级高压气动减压阀进行了流场分析。首先分析了车载两级高压气动减压阀的工作过程，采用CFD(计算流体动力学)方法并利用Gambit及Fluent软件研究了阀腔内部的压力场和速度场分布，分析了两个阀口的减压作用，速度场分析结果表明阀内最高流速发生在阀13附件且偏下游的位置。关键词：气动；减压阀；

2、流场；CFD；氢能源汽车中图分类号：THI38．52文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1005—0329．2010．O1．007ResearchonFlowFieldofHighPressureReducingValveofHydrogenVehicleBasedonCFDYINYao—bao，SHENLi，ZHAOYan-pei，DAIYing(TongjiUniversity，Shanghai200092，China)Abstract：Theflowfieldofhishpress

3、urereducingvalveusedOnhydrogenvehiclewasanalyzed．Theworkingprocessofhishpressurereducingvalveisintroduced．BytheCFD，GambitandFluentanalysis，thepressureandvelocityflowfieldareobtained．Theeffectofthevalveportsareanalyzed．Themaximumvelocityofvalveappearsatso

4、mewhereofdownstreamofthevalveport．Keywords：pneumatics；pressurereducingvalve；flowfield；CFD；hydrogenvehicle1前言细长节细长节入口～级减压阀流孑L1二级减压阀流孑L2出n氢能源汽车常采用高压气体储氢方式，通过气态氢和空气中的氧气发生反应生成水，实现无污染零排放，同时利用化学反应产生的电能推动汽车行驶。为保证一次加氢后汽车的连续行驶距离达到300kin以上，车载输氢系统的气瓶压力要求达到35MPa以上¨-

5、2j。氢能源汽车中质子交换膜燃料电池要求所提供氢气的正常工作压力为图1车载两级气动减压阀输氢系统原理示意0．16MPa。该氢能源汽车所采用的两级高压气动减压阀文献[2]中提出了利用两级减压方式，实现车组由阀座、一级减压阀、二级减压阀、细长节流孔载输氢系统的压力控制。本文在此基础上，研究1、细长节流孔2等部分组成，其中一级减压阀和两级减压过程中，阀腔内的流场及其分布。二级减压阀均为直动式锥形减压阀，并通过插装连接方式安装在阀座上。工作时，高压气体由气2车载两级高压气动减压阀源经人口进入减压阀，经过一级减压

6、阀和细长节流孔1完成输氢系统的第一次减压，这时高压气图1所示为某氢能源汽车上使用的两级高压体压力由35MPa减到5MPa；再经过二级减压阀和气动减压阀输氢系统原理。细长节流孔2完成输氢系统第二次减压，这时，压收稿日期：20o9—04—们基金项目：国家“863”高科技计划(2007AA05Z119)；国家自然科学基金项目(50775161)FLUIDMACHINERYVo1．38，No．1，2010力由5MPa减压到0．16MPa。通过节流输送到质df+a(。‘)=0。(、1)子交换膜燃料电池。在工作过程

7、中，阀座上的两个容腔起到气容的作用，调节输氢系统的动态性式中p——流体密度能。“——方向速度t——时间3计算模型(2)动量方程()+毒(一望OXi+0"1"0+Pg3．1Gambit建模和网格划分为研究建模方便，取车载两级高压气动减压(2)阀对称结构一半作为研究对象，利用Fluent前处式中方向速度分量理软件Gambit进行二维建模。图2所示为本文——静压的仿真模型。图2(a)所示为两级高压气动减压r——应力张量阀内部空间流动流体的平面示意图，其中一级减gi一重力体积力压阀阀口开口量为0．013mm，二

8、级减压阀阀口开——外部体积力口量为0．03mm，两个细长节流孔孔径均为0．(3)能量方程3mm。如图2(b)所示为网格划分图，由于节流口()+[Ui(pE+p)]尺寸小，压力梯度大，为保证精度，在阀口和细长节流孔处都进行了网格局部加密。=去()一+(Tij)+S(3)其中E=h—P／p+／2式中——有效导热系数(湍流导热系数根据湍流模型来定义)，k=k+k．，，——组分的扩散通量

9、s——包括化学反应热和其它体积热源的(a)平面示意源项——焓