ORVR车辆加油过程的流动机理与特性研究
基于机动车的油气排放控制技术，即车载加油油气回收(Onboard Refueling Vapor Recovery,ORVR)技术，自美国环境保护署EPA(Environmental Protection Agency, EPA)于1994年推出该技术以来已有20多年的历史。随着我国机动车数量日益增多，机动车污染排放越来越受到人们的重视，ORVR技术也逐渐进入人们的视线，但国内对ORVR技术的认识仍处于起步阶段，相关的基础理论研究寥寥可数，可供参考的相关数据更是微乎其微。为此，本文以ORVR燃油系统为模型，采用参数分析、数值模拟和实验测量相结合的方法，以及相位多普勒三维动态粒子分析仪(Particle Dynamic Analyzer,PDA)、高速摄影仪等先进测试仪器设备，对ORVR车辆加油过程中的气液两相流动特性进行了系统研究。 本文首先建立了一种包括加油管、燃油箱和翻车阀等的集总参数法模型，将整个系统分割成4个控制体和2个连接阀。讨论了燃油系统的几何结构、加油枪加油速率、燃油挥发性、燃油箱中的空气/燃油蒸汽比例等参数对压力的影响程度，成功地预测了燃油系统在加油过程中加油管和燃油箱内气相空间的压力变化。然后利用商业计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics，CFD)软件ANSYS FLUENT分别对加油管和全尺寸的ORVR燃油系统进行了数值模拟分析，系统研究了加油过程中加油管的液封现象、加油管管口处空气的卷吸现象、加油管中的回流现象、加油管中的流场和燃油箱中气相空间的压力变化，得到了加油速度、加油管内径、翻车阀背压等对气液两相流动的影响，并利用PDA对加油管中的流场进行了测量，测试结果与数值模拟基本吻合，验证了所采用的CFD数值模型的可靠性。机动车加油是一个瞬态过程，为了对加油管中复杂的气液两相流动进行更深入的研究，本文搭建了1∶1的有机玻璃加油管、燃油箱组成的可视化实验平台，采用PDA和高速摄影仪等设备，测量了加油过程中加油管内的速度流场、加油管管口和燃油箱顶部空间的压力变化，系统观察了加油过程中层流流动到湍流流动的转变过程、沿着加油管轴线的涡旋运动的发展过程、空气的卷吸和空气与液体的混合过程。 本文研究成果揭示了加油管形成液封的机理及ORVR燃油系统加油过程中的流动特性和压力变化，为国内自主研发ORVR系统提供了可靠数据。
机动车;燃油系统;车载加油油气回收;气液两相流;流动特性
北京化工大学
硕士
机械工程
陈家庆
2016
中文
U464.136
103
2017-01-03（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）