氣瓶內防波板的選型研究

王國強，仇虎山

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

氣瓶內防波板的選型研究

王國強，仇虎山

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

在車輛加速或制動過程中，氣瓶內液化氣的晃動會對行車的安全性產生一定的影響。文章對兩種防波板在不同液面高度下進行了模擬分析，通過對氣瓶端面的沖擊力和沖擊時間的對比分析，選擇合適的防波板，并得出影響沖擊力的因素。

氣瓶；防波板

CLC NO.:U467.3Document Code:AArticle ID:1671-7988 (2017)06-133-03

前言

汽車在行駛過程中，當狀態發生變化時（加減速、轉彎等），氣瓶內的液化氣會對氣瓶壁面形成沖擊。沖擊力越小，對氣瓶本身的結構以及連接件的要求也就越低，也能達到很好的經濟效益。為了減輕沖擊力對氣瓶裝置的影響，在氣瓶內加裝防波板是不錯的選擇。好的防波板的設計將會起到事半功倍的效果。

本文將對兩種結構的防波板進行分析，找出效果最好的一種，并分析提高防波板效率的因素。

1、模型簡介

氣瓶高0.6m，容量450L，側置。圖1為防波板Ⅰ，在最下端有直徑150mm的缺口；圖2為防波板Ⅱ，跟防波板Ⅰ相比，在正下方缺口兩側 70o位置新增同樣大小的缺口，且在中間位置有矩形和圓的復合缺口，圓半徑 75mm，中間矩形橫向寬50mm。圖3和圖4指出了防波板的位置，位于氣瓶的中下部。

圖4 內置防波板Ⅱ氣瓶

2、車輛運行狀態及模擬方法

為了實現液化氣在氣瓶中的晃動，設定車輛以 60km/h的速度勻速直線行駛，然后剎車，使車輛在2.9s內停下。此時，氣瓶中的液化氣將會由于剎車慣性產生晃動，并對氣瓶的端面產生沖擊作用。

為了盡快的實現模擬過程，模擬的方法為：在較短的時間內使車輛保持靜止狀態，使氣瓶內的液化氣保持水平，然后令車輛在2.9s的時間內反方向加速到60km/h。以反方向加速的方法模擬車輛減速的過程，在實現液化氣的晃動和對端面的沖擊上是等價的。

3、模型的設定

此次分析采用VOF方法進行非定常分析。液面高度分別設為氣瓶高度的80﹪、50﹪和30﹪。氣瓶內壓力為1.59MP，液化氣的物性在液態時為：粘性 121.34×10-6Pa·s ，密度426kg/m3；在氣態的物性為：粘性 4.2×10-6Pa·s，密度為1.5982kg/m3。氣瓶及防波板表面設置為無滑移邊界，湍流模型選擇標準的k-ε模型。 圖5為液面高度80﹪的情況。

圖5 液面高度80﹪

分析過程分為三個階段，總共持續時間8s。在1s之前，使氣瓶運動速度為0m/s，然后在后續的2.9s內完成加速過程，達到60km/h，隨后保持該速度。圖6為分析時間歷程。

圖6 分析時間歷程

4、分析結果

從動態的分析結果可以看出，在0～1s的時間段，不同高度的液面保持平穩，在加速段（模擬減速）的1～3.9s的時間段，液化氣由于慣性的作用開始晃動，并對氣瓶端面產生沖擊力。在不同液面高度及不同防波板的條件下，沖擊力和最大沖擊力所對應的時間會不同。在3.9～8s時間段，車輛保持60km/h穩定行駛，液面也開始從晃動向平復轉變。圖7為防波板Ⅰ在1.5s時刻、液面高度分別為30﹪、50﹪、80﹪時的狀態。圖8為防波板Ⅱ在1.5s時刻、液面高度分別為30﹪、50﹪、80﹪時的狀態。

圖7 防波板Ⅰ在1.5s時刻液面高度分別為30%、50%、80%的狀態

圖8 防波板Ⅱ在1.5s時刻液面高度分別為30%、50%、80%的狀態

在加速起始后，液化氣的晃動會反復沖擊氣瓶端面，氣瓶所受到的軸向力會出現不同程度的波動，如圖9所示。

圖9 液面高度50%時軸向力變化曲線

表1 兩種防波板軸向力對比（N）

表2 最大軸向力出現的時刻（s）

5、結論

1）從軸向力大小分析，防波板Ⅰ型性能好些；

2）防波板Ⅰ型相對于Ⅱ型對沖擊有一定的延緩作用；

3）當液面高度達到 80%時，由于上部空間無防波板，上部液化氣直接沖擊氣瓶端面，故軸向力對于Ⅰ、Ⅱ型防波板相差不大；

4）在布置防波板時，應照顧到整個截面區域，特別是在氣瓶滿載的情況下；

5）在上下部對稱布置防波板，使防波板呈現出一定的角度，減輕晃動對防波板的直接沖擊，使得在防波板垂直方向上可以分擔部分沖力力。

[1] 林建忠.流體力學.北京清華大學出版社.2005.9.

[2] 李萬平.計算流體力學.華中科技大學出版社.2004.10.

Research on Type Selection for the Anti-Wave Board in Gas Cylinder

Wang Guoqiang, Qiu Hushan
( Shaanxi Heavy Duty Automobile Co., Ltd, Shaanxi Xi'an 710200 )

In the process of vehicle acceleration or deceleration, the sloshing of liquefied gas in the gas cylinder will have a certain effect on the safety of the vehicle. In this paper, the two anti-wave board under different liquid level height have been simulated, By comparing the impact time and impact force on the cylinder end, choose appropriate anti-wave board , and as a result, the factors that influence the impact force.

gas cylinder; anti-wave board

U467.3

A

1671-7988 (2017)06-133-03

王國強，工程師，就職于陜西重型汽車有限公司汽車工程研究院，研究方向為汽車氣動與熱管理分析。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.06.048