汽车油箱燃油晃动CFD模拟分析-析模界

内容纲要

汽车燃油系统是汽车至关重要的部件之一，它关系到每个乘客的生命安全。在刹车和启动过程中，燃油对油箱壁撞击所产生的压力影响到整个燃油系统的稳定性，压力变化引起的振动噪声也是衡量整车舒适性的重要指标之一。因此，燃油晃动一直是燃油系统开发过程中需要研究的重点和难点问题。使用Fluent软件运用VOF方法对汽车燃油箱进行了汽车加速/刹车过程中的燃油晃动模拟，可以得到燃油晃动过程中油箱壁的压力分布和压力变化，为燃油系统的开发和优化提供了指导和理论依据。

VOF模型

所谓VOF模型是一种在固定的欧拉网格下的表面跟踪方法。当需要得到一种或多种互不相融流体间的交界面时，可以采用这种模型。在VOF模型中，不同的流体组分共用着一套动量方程，计算时在全流场的每个计算单元内，都记录下各流体组分所占有的体积率。VOF模型的应用例子包括分层流，自由面流动，灌注，晃动，液体中大气泡的流动，水坝决堤时的水流，对喷射衰竭（jet breakup）(表面张力)的预测，以及求得任意液－气分界面的稳态或瞬时分界面。

使用FLUENT软件进行启动/刹车过程中燃油晃动的模拟，需要将空气设置为多相流的主项，燃油设置为多相流的次相进行计算。

用户自定义函数UDF

UDF（用户自定义程序）是FLUENT提供的用户编程环境，以解决标准FLUENT本身不能解决的问题。用户自定义函数用C语言编写，使用DEFINE宏来定义。UDF中可使用标准C语言的库函数，也可使用Fluent提供的预定义宏，通过这些预定义宏，可以获得Fluent求解器得到的数据。

使用FLUENT软件进行启动/刹车过程中燃油晃动的模拟，根据试验取得的油箱加速度数据制定了模型中液相的加速度值，并通过UDF中的DEFINE_SOURCE函数实现了液相加速度随时间的变化。DEFINE_SOURCE函数包含c,t,ds和i四个参数，其中c表示网格，t表示网格线，ds表示源项对所求运输方程的标量的偏导数，用于对源项的线性化，i表示所定义源项对应于整个输运方程。

同样加速度下，不同油箱结构，相同时间点的燃料油液面分布