翅片式旋流管数学模型的建立与程序化实现

直通翅片式旋流管是空气滤清器预滤器的关键部件，是决定预滤器分离效率的核心。本文基于某型直通翅片式旋流管的工作原理、设计理论、流场数学模型，对比整理台架试验和实车测试数据，形成直通翅片式旋流管的经验设计数学模型，并对其进行程序化，形成设计软件，研究了旋流管设计参数对其阻力、效率等性能的影响规律，确定相关参数的最佳取值范围，实现对直通复合旋流管性能的准确计算，达到提升预滤器综合性能的目的。

在特种车辆如矿山车辆、沙漠车辆和军用装甲车辆的内燃机上，广泛使用由旋风分离器和油浴过滤器组成的双级重型空气滤清器[1]。由于工作环境含尘量或含砂量大，这类空气滤清器的使用寿命很短， 一般在10 h~30 h。

提高空气滤清器的使用寿命最有效的方法之一是提高预滤器即旋风分离器的分离效率。

旋风分离器的核心部件就是旋流管，这样，提高部件的整体效率就归结到提高旋流管单管的效率上来， 单管的阻力降低和效率提升则意味着整个旋风分离粗滤器的阻力降低和效率提升，带来空气滤清器系统的阻力降低和效率提升，空气滤清器的容尘能力升高[2]。

随着现代重型车辆对进气系统模块化和小型化的需求越来越高，高效紧凑的旋流管技术研究已成为制约高效低阻空气滤清器研究发展的瓶颈。

经过多年的发展， 国内旋流管的设计水平已经有了长足进步， 但研究开发的路线依然处在“仿制 + 试验 + 改进”这一老路线，缺乏对旋流管设计理论的图片与工程应用经验。

特别是在一些新型的旋流管如直通翅片式旋流管的设计开发过程中， 存在如下几个问题：1) 缺乏对旋流管的工作原理、结构设计以及试验数据的有效整合，没有形成系统完整的直通翅片式旋流管理论计算方法；2) 理论计算方法复杂，设计人员从旋流管的参数设计到性能计算存在着理论计算方法工程化这一难题；3) 如何将理论计算结论、试验结果与旋流管的几何参数及其工况的关系对应起来，始终没有措施。

旋流管的结构参数如进气口尺寸、排气管尺寸、筒体直径、锥体长度及灰斗的尺寸直接影响分离效率。本文从直通翅片式旋流管的工作原理、设计理论出发，构造流场数学模型，整理台架试验和实车测试数据，与理论模型相结合，形成了直通翅片式旋流管的经验设计算法，并应用Visual Studio2015 工作环境，对直通翅片式旋流管开发流程进行程序化，形成设计软件，应用软件算法研究了旋流管设计参数对其阻力、效率等性能的影响规律，确定相关参数的最佳取值范围，实现对直通复合旋流管性能的准确计算，达到提升预滤器综合性能的目标。

2. 数学模型的建立 2.1. 直通翅片式旋流管的结构与工作原理 基于某重点预研项目对空气滤清器一级滤清器的技术要求，结合国家合作项目中引进的相关技术， 中国北方车辆研究所过滤技术团队开发出一种直通翅片式旋流管，该型旋流管是一种高效旋流管，该管技术先进，具有单管处理风量大，滤清效率高，且在全工作流量范围内能够保持较高的过滤效率的三个