基于的车载高压气动减压阀流场分析

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1、万方数据2010年第38卷第1期流体机械文章编号：1005---4)329(2010)Ol喇3—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：对某氧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口附件且偏下游的位置。关键词：气动；减压阀；流场；CFD；氢能源汽

2、车中图分类号：THl38．52文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1005-0329．2010．01．007ResearchonFlowFieldofHighPressureReducingValveofHydrogenVehicleBasedonCFDYINYao—bao，SHENLi，ZHAOYan-pei，DAIYing(TongjiUniversity，Shanghai200092，China)Abstract：Theflowfieldofhishpressurereducingvalveused

3、onhydrogenvehiclewasanalyzed．Theworkingprocessofhishpressurereducingvalveisintroduced．BytheCFD，GambitandFluentanalysis，thepressureandvelocityflowfield眦obtained．Theeffectofthevalveportsareanalyzed．Themaximumvelocityofvalveappearsatsomewhereofdownstreamofthevalvepo

4、rt．Keywords：pneumatics；pressurereducingvalve；flowfield；CFD；hydrogenvehicle1前言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300km以上，车载输氢系统的气瓶压力要求达到35MPa以上【l’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0．16MPa。文献[2]中提出了利用两级减压方式，实现车载输氢系统的

5、压力控制。本文在此基础上，研究两级减压过程中，阀腔内的流场及其分布。2车载两级高压气动减压阀图1所示为某氢能源汽车上使用的两级高压气动减压阀输氢系统原理。细长节入口一级减压阀流孔l二级减压阀流孔2出几图l车载两级气动减压阀输氢系统原理示意该氢能源汽车所采用的两级高压气动减压阀组由阀座、一级减压阀、二级减压阀、细长节流孔l、细长节流孔2等部分组成，其中一级减压阀和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，高压气体由气源经入口进入减压阀，经过一级减压阀和细长节流孔1完成输氢系统的第一次减压，这时

6、高压气体压力由35MPa减到5MPa；再经过二级减压阅和细长节流孔2完成输氢系统第二次减压，这时，压收稿日期：2009—04—Ol基金项目：国家“863”高科技计划(2007AA052119)；国家自然科学基金项目(50775161)万方数据FLUIDMACHINERYV01．38，No．1，2010力由5MPa减压到0．16MPa。通过节流输送到质子交换膜燃料电池。在工作过程中，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能。3计算模型3．1Gambit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阀对称

7、结构一半作为研究对象，利用Fluent前处理软件Gambit进行二维建模。图2所示为本文的仿真模型。图2(a)所示为两级高压气动减压阀内部空间流动流体的平面示意图，其中一级减压阀阀口开口量为0．013mm，二级减压阀阀口开口量为0．03mm，丽个细长节流孔孔径均为0．3mm。如图2(b)所示为网格划分图，由于节流口尺寸小，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。(a)平面示意(b)网格划分不意图2仿真模型3．2边界条件和求解模型考虑到气体的高速性且可压缩流动，设定人口边界条件和出口边界条件分别为

8、压力进口形式和压力出口形式，采用非耦合的segregated求解模型，并考虑粘性加热耗散项和激活能量方程；湍流模型采用单方程模型。计算条件为进口压力35MPa，温度300K，出口压力0．16MPa，温度150K。3．3基本方程通过划分网格，将流场划分成许多个控制体，对每个控制体，有以下基本方程。(1)质量守恒方程塑+