冷EGR系统中的微粒受力及运动特性研究

发布时间：2020-11-18 07:34

　　 随着排放法规日益严格,排放成了目前内燃机尤其是柴油发动机必须重视的问题。针对柴油机的排放问题,废气再循环(EGR)技术在车辆上得到了普遍应用。早期的EGR技术直接将废气引入进气管,导致进气温度大幅升高,对柴油机的燃油经济性和NOx的排放都会产生负面影响,所以近年来能够在EGR基础上降低进气温度的冷EGR技术得到了广泛应用。然而很多研究表明,冷EGR明显加重了微粒在EGR系统(排气冷却器和EGR阀)中的沉积,造成排气冷却效果变差、排放控制效果降低以及EGR率控制精度降低等不良影响。本文通过对冷EGR系统内排气微粒的受力及运动特性的研究,有助于了解柴油机排气微粒在冷EGR系统中的运动规律,对于解决冷EGR系统内的积碳问题有重要的参考意义。首先本文建立了冷EGR系统的几何模型,在此基础上分别对EGR阀和EGR冷却器波纹管内部的流场进行分析。通过对速度场、温度场、温度梯度、压力场和湍动能场的数值计算,得到了各流场的分布特征并研究得到系统结构参数、气流入口速度、气流入口温度对冷EGR系统内流场的影响规律,为分析微粒的受力及运动特性提供了一定的理论依据。接下来对微粒的受力进行分析。建立了微粒在冷EGR系统中的受力模型,包括曳力、热泳力、升力、布朗力和重力的模型,并研究了不同粒径的微粒在EGR阀和波纹管内不同位置处的受力特性。最后研究冷EGR系统内柴油机排气微粒的运动特性。采用FLUENT中的随机轨道模型对微粒的运动轨迹进行了计算。通过分析得到了微粒相边界条件、系统结构参数、入口速度、入口温度等对微粒在EGR阀和波纹管内运动轨迹的影响规律。综合以上研究,论文的研究成果有助于了解冷EGR系统内部柴油机排气微粒的受力和运动特性及其影响因素,为柴油机冷EGR系统内积碳问题的解决提供一定理论依据。
【学位单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TK421.5
【部分图文】：

可以有效地解决传统ＥＧＲ技术导致的缸内温度和压力急剧升高的问题。??冷ＥＧＲ系统在传统ＥＧＲ系统的基础上加装了冷却器。整个系统由ＥＧＲ冷却器、??ＥＧＲ阀、水箱、旁通阀以及连接管道等部件组成，结构如图２－１所示［２８】。??Ｖａｒｉａｂｌｅ?Ｇ？ｏｍ？ｔｒｙ?－．??Ｔｕｒｂｏ?ｄｔａｒｇｅｒ??，、?ＥＧＲ?ｖａｌｖｅ??图２－１冷ＥＧＲ系统结构图??Ｆｉｇ．２－１?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｃｏｏｌｅｄ?ＥＧＲ?ｓｙｓｔｅｍ??本文主要研究冷ＥＧＲ系统内微粒的受力以及运动特性。根据研究需要，本章??首先合理建立ＥＧＲ阀和ＥＧＲ冷却器的物理模型，然后有针对性地选取特征流道??建立几何模型，最后对几何模型进行网格划分。??２．２物理模型的建立??冷ＥＧＲ系统的组成比较复杂，对所有部分都进行建模工作量太大且没有必要，??本节选取冷ＥＧＲ系统内最重要的两个部分：ＥＧＲ阀和ＥＧＲ冷却器进行建模。??２．２．１?ＥＧＲ阀物理模型??ＥＧＲ阀是控制废气流量的关键性部件，种类主要有真空膜片弹簧式ＥＧＲ阀、??数字式ＥＧＲ阀、线性ＥＧＲ阀等。对于升程阀来说，不同ＥＧＲ阀的区别主要在于??控制阀门升程的方式

大小也就是ＥＧＲ率的大小是由真空口的真空度控制，并随真空度的增加而增大，??真空度由ＥＣＵ控制，实现根据工况选取合适的ＥＧＲ率的目的。真空膜片弹簧式??ＥＧＲ阀的结构如图２－２所示［３１］。???［Ｔ１?￣??ｖ．?）？??ｒ，?￣?｜?，?一１??過气??图２－２真空膜片弹簧式ＥＧＲ阀结构图??Ｆｉｇ．２－２?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ＥＧＲ?ｖａｌｖｅ?ｗｉｔｈ?ｄｉａｐｈｒａｇｍ?ｓｐｒｉｎｇ??为了研宄不同阀门升程下ＥＧＲ阀内部流场以及微粒的运动情况，本文以某一??型号的真空膜片弹簧式ＥＧＲ阀为实体，分别建立了阀门升程为３ｍｍ、４＿、５＿、??６ｍｍ和７ｍｍ的ＥＧＲ阀物理模型，图２－３是参考的ＥＧＲ阀实物图及阀门升程为??５ｍｍ的ＥＧＲ阀物理模型。??（ａ）真空膜片弹簧式ＥＧＲ阀实物图?（ｂ）?ＥＧＲ阀物理模型??图２－３?ＥＧＲ阀实物及物理模型??Ｆｉｇ．２－３?Ｔｈｅ?ｐｈｏｔｏ?ａｎｄ?ｐｈｙｓｉｃａｌ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ＥＧＲ?ｖａｌｖｅ??２．２＿２?ＥＧＲ冷却器物理模型??对于采用冷端ＥＧＲ阀的冷ＥＧＲ系统来说，ＥＧＲ冷却器的功能主要是对柴油??机排出的废气进行冷却，降低进入ＥＧＲ阀乃至进气道的废气温度。除了具有一般??换热器换热效率高、压力损失小等特点外，ＥＧＲ冷却器还要具有耐高温、耐腐蚀，??抗震、不易积碳等特性。??１０??

大小也就是ＥＧＲ率的大小是由真空口的真空度控制，并随真空度的增加而增大，??真空度由ＥＣＵ控制，实现根据工况选取合适的ＥＧＲ率的目的。真空膜片弹簧式??ＥＧＲ阀的结构如图２－２所示［３１］。???［Ｔ１?￣??ｖ．?）？??ｒ，?￣?｜?，?一１??過气??图２－２真空膜片弹簧式ＥＧＲ阀结构图??Ｆｉｇ．２－２?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ＥＧＲ?ｖａｌｖｅ?ｗｉｔｈ?ｄｉａｐｈｒａｇｍ?ｓｐｒｉｎｇ??为了研宄不同阀门升程下ＥＧＲ阀内部流场以及微粒的运动情况，本文以某一??型号的真空膜片弹簧式ＥＧＲ阀为实体，分别建立了阀门升程为３ｍｍ、４＿、５＿、??６ｍｍ和７ｍｍ的ＥＧＲ阀物理模型，图２－３是参考的ＥＧＲ阀实物图及阀门升程为??５ｍｍ的ＥＧＲ阀物理模型。??（ａ）真空膜片弹簧式ＥＧＲ阀实物图?（ｂ）?ＥＧＲ阀物理模型??图２－３?ＥＧＲ阀实物及物理模型??Ｆｉｇ．２－３?Ｔｈｅ?ｐｈｏｔｏ?ａｎｄ?ｐｈｙｓｉｃａｌ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ＥＧＲ?ｖａｌｖｅ??２．２＿２?ＥＧＲ冷却器物理模型??对于采用冷端ＥＧＲ阀的冷ＥＧＲ系统来说，ＥＧＲ冷却器的功能主要是对柴油??机排出的废气进行冷却，降低进入ＥＧＲ阀乃至进气道的废气温度。除了具有一般??换热器换热效率高、压力损失小等特点外，ＥＧＲ冷却器还要具有耐高温、耐腐蚀，??抗震、不易积碳等特性。??１０??
【参考文献】

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本文编号：2888481