防爆柴油机排气系统数值模拟分析

发布时间：2017-10-26 21:40

  本文关键词：防爆柴油机排气系统数值模拟分析

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【摘要】：防爆柴油机一般应用于煤矿井下等易爆场所，为运输、装载等机械作业提供动力，它区别于一般柴油机的不同之处主要在以下几个方面：防爆柴油机对机体的表面温度有严格规定；进排气系统加装有阻火装置；排气系统加装废气处理装置；有保护停机装置。其中防爆排气系统中防爆元件的增加，带来了排气阻力，降低了其功率和转矩；同时这些防爆元件在使用过程中因结构设计不合理或余量太多，为装有防爆柴油机的车辆的使用带来了诸多不便。 本文以某型六缸防爆柴油机排气系统为研究对象，立足于防爆柴油机使用中发现的一些问题及其排气系统的研究现状，较为系统地研究了该六缸机排气系统中的水夹套排气歧管、废气处理水箱，为今后防爆排气系统的研发设计、结构改进等工作提供了依据。本文主要工作有： 1）利用GT-SUITE系列软件依次建立了进排气防爆栅栏、进气歧管、水夹套排气歧管、废气处理水箱、柴油机本体等的管状化模型，并对防爆柴油机进行了一维仿真计算； 2）通过分析发动机示功图，对比功率、转矩、排气背压等的仿真结果与试验数据，验证了GT-SUITE软件建立的发动机模型的合理性； 3）分析了国内厂家设计的水夹套排气歧管的结构形式，及干式和湿式排气防爆系统中核心部件废气处理装置的不同结构形式，并在此基础上利用UG和GAMBIT软件建立了本文用到的水夹套排气歧管和废气处理水箱模型； 4）利用ANSYS软件对水夹套排气歧管进行了静力分析和结构模态分析，了解了它在受力时的模态； 5）在FLUENT软件中对水夹套排气歧管的四种有代表性的曲轴转角点对应的工况做了流线、温度场、压力场、速度场等分析，并给出了改进方案；结合FLUENT软件中对传热问题、湍流流动、多相流问题的处理方法，利用其瞬态仿真技术及前文得到的边界条件，对四种废气处理水箱模型分析对比，根据其结果阐述了各自的流动情况。
【关键词】：防爆柴油机 排气系统 CFD分析 模态分析 优化
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD40;TK423
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 选题目的和意义10-11
• 1.2 国内外研究动态11-13
• 1.2.1 国外防爆柴油机及排气防爆技术的现状11-12
• 1.2.2 我国防爆柴油机及排气防爆技术的应用现状12-13
• 1.3 主要研究内容13-16
• 第二章 防爆柴油机排气系统模拟的理论基础16-22
• 2.1 软件简介16-18
• 2.1.1 GT-POWER 软件的特征及功能16-17
• 2.1.2 FLUENT 软件的功能和特点17
• 2.1.3 求解过程17-18
• 2.2 流体力学简介18-20
• 2.2.1 研究方法18
• 2.2.2 控制方程18-20
• 2.3 传热燃烧模型20-21
• 2.3.1 传热方程20-21
• 2.3.2 燃烧方程21
• 2.4 本章小结21-22
• 第三章 发动机一维模型的搭建与验证22-34
• 3.1 防爆柴油机模型的搭建22-26
• 3.1.1 发动机主要技术参数22-23
• 3.1.2 进排气管路的物理模型23-26
• 3.2 模型验证26-29
• 3.3 模拟计算结果及分析29-33
• 3.3.1 排气歧管的边界条件29-32
• 3.3.2 废气处理水箱的边界条件32-33
• 3.4 本章小结33-34
• 第四章 水夹套排气歧管的模态及流场34-50
• 4.1 防爆柴油机排气歧管的定型34-36
• 4.1.1 已有的结构形式34-35
• 4.1.2 本文采用的结构35-36
• 4.2 排气歧管模态研究36-42
• 4.2.1 建立有限元模型36-38
• 4.2.2 模态分析方法38
• 4.2.3 有限元结果分析38-42
• 4.3 流场分析与优化42-48
• 4.3.1 湍流方程42-43
• 4.3.2 网格及边界条件43-45
• 4.3.3 计算及分析45-46
• 4.3.4 优化过程及结果46-48
• 4.4 本章小结48-50
• 第五章 废气处理水箱流场分析50-72
• 5.1 防爆柴油机尾气处理装置50-52
• 5.2 多相流模型52-55
• 5.2.1 选择多相流计算模型52-53
• 5.2.2 混合物模型中的数学模型53-55
• 5.3 废气处理水箱结构设计55-57
• 5.3.1 废气处理水箱内的传热55
• 5.3.2 废气处理水箱中的水容量55
• 5.3.3 废气处理水箱的基本假设55-56
• 5.3.4 本文的废气处理水箱结构56-57
• 5.4 计算模型的选择57-60
• 5.4.1 网格划分及材料属性57-58
• 5.4.2 湍流模型与第一相的选择58
• 5.4.3 边界条件的设置58-59
• 5.4.4 求解方法59-60
• 5.5 收敛判断标准60-62
• 5.6 结果分析62-70
• 5.6.1 改进前的分析结果62-65
• 5.6.2 改进后的分析结果65-70
• 5.7 本章小结70-72
• 第六章 全文工作总结72-74
• 6.1 研究工作总结72-73
• 6.2 工作展望73-74
• 参考文献74-78
• 致谢78-80
• 攻读学位期间发表的学术论文80

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：1100565