重型卡车空气滤清器前进气系统旋流式分离器的优化设计

发布时间：2017-09-02 12:02

  本文关键词：重型卡车空气滤清器前进气系统旋流式分离器的优化设计

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【摘要】：旋流式分离器在空气滤清器各组成部分中起粗滤作用,是一种利用进气经过旋流叶轮时在离心力作用下,将进气中夹带的大颗粒灰尘等滤除的装置。由于分离器构造简单、维护方便、造价低廉,使得其受到了广泛研究及应用,但作为重型卡车空气滤清器前进气系统的一部分,旋流式分离器在工作过程中往往存在流动阻力大,灰尘淤积,过滤效率低等问题需要解决。考虑到旋流式分离器流场复杂的流动情况和实验方法的耗时性,本论文采用计算流体力学CFD方法模拟分析了旋流式分离器内部流场,通过数值模拟研究了不同结构参数对气固两相流场内速度和压力分布、流动阻力及过滤效率等性能的影响。本文对气相流场数值计算时,选择雷诺应力模型作为湍流模型;差分格式采用QUICK格式;压力梯度项插补格式采用PRESTO格式;计算方法采用基于FVM的SIMPLEC算法。对于气固两相流场运用欧拉-拉格朗日方法进行计算。计算结果显示:在旋流式分离器内部,旋流叶轮下方轴向速度成负值,说明在中心轴线处有回流现象,这会增加流动阻力,产生较大压力损失。静压在中心轴线处成负值,且一直延伸至排气口处,这会影响过滤效果。由于排尘口的存在使得在靠近排尘口处,速度、压力变化明显。旋流式分离器的粒级效率与颗粒直径尺寸成正比,但是对于过小或过大粒径颗粒的过滤效率不是很理想,且部分被捕捉的颗粒在集尘腔底堆积,容易引起二次污染,影响过滤效率。根据分析结果对旋流式分离器进行了结构优化设计,计算分析了排气口半径的变化、排气口内壁长度、排尘口倾角及集尘腔底倾角等参数的变化对流场速度、压力分布、阻力及过滤效率的影响。结果表明,当排气口半径为54mm,排气口内壁高度为147mm,排尘口倾角为24°，集尘腔底倾角为6°时,旋流叶轮下方轴向速度分布更加均匀,且速度绝对值减小,说明回流现象得到有效改善;压差明显降低,流体在旋流式分离器内流动阻力降低;过滤效率得到提高。
【关键词】：重型卡车 空气滤清器 旋流式分离器 数值模拟 结构优化
【学位授予单位】：齐鲁工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U464.134.4
【目录】：

• 摘要8-9
• ABSTRACT9-11
• 第1章 绪论11-25
• 1.1 引言11-12
• 1.2 旋流式分离器的概况12-16
• 1.2.1 旋流式分离器的作用12-13
• 1.2.2 旋流式分离器的性能指标13-15
• 1.2.3 旋流式分离器的研究方法15-16
• 1.3 国内外研究进展16-18
• 1.3.1 实验方法研究进展16
• 1.3.2 数值模拟方法研究进展16-18
• 1.4 计算流体力学理论概述18-23
• 1.4.1 计算流体力学的形成与发展19
• 1.4.2 计算流体力学的应用19-21
• 1.4.3 计算流体力学方法的计算流程21-22
• 1.4.4 FLUENT软件概述22-23
• 1.5 本课题研究目的、意义及主要研究内容23-25
• 1.5.1 研究目的及意义23-24
• 1.5.2 研究的主要内容24-25
• 第2章 旋流式分离器数值模拟理论25-37
• 2.1 气相数值模拟计算方法研究25-32
• 2.1.1 控制方程25-26
• 2.1.2 模拟方法26-28
• 2.1.3 湍流模型28-30
• 2.1.4 离散方法30-31
• 2.1.5 压力速度耦合31-32
• 2.2 气固两相的数值模拟计算方法研究32-35
• 2.2.1 数值计算方法32-35
• 2.2.2 气相和固相的相互作用35
• 2.3 本章小结35-37
• 第3章 旋流式分离器内气固两相流动的数值模拟37-51
• 3.1 几何建模及网格划分37-40
• 3.1.1 旋流式分离器的几何建模37-38
• 3.1.2 旋流式分离器的网格划分38-40
• 3.2 材料和边界条件的设置40-42
• 3.2.1 材料的设置40-41
• 3.2.2 边界条件的设置41-42
• 3.3 气固两相流场的计算分析42-49
• 3.3.1 速度分析42-45
• 3.3.2 压力分析45-47
• 3.3.3 过滤效果分析47-49
• 3.4 本章小结49-51
• 第4章 旋流式分离器优化计算与分析51-73
• 4.1 排气口半径对分离器性能的影响51-56
• 4.1.1 排气口半径对流场速度的影响51-55
• 4.1.2 排气口半径对过滤效果的影响55-56
• 4.2 排气口内壁高度对分离器性能的影响56-59
• 4.2.1 排气口内壁高度对流场速度的影响56-57
• 4.2.2 排气口内壁高度对流场压力的影响57-58
• 4.2.3 排气口内壁高度对过滤效果的影响58-59
• 4.3 排尘口倾角对分离器性能的影响59-64
• 4.3.1 排尘口倾角对流场速度的影响59-62
• 4.3.2 排尘口倾角对过滤效果的影响62-64
• 4.4 集尘腔底倾角对分离器性能的影响64-68
• 4.4.1 集尘腔倾角对速度分布的影响64-65
• 4.4.2 集尘腔倾角对压强的影响65-67
• 4.4.3 集尘腔倾角对过滤效率的影响67-68
• 4.5 优化后旋流式分离器的计算结果与分析68-71
• 4.5.1 速度分析69
• 4.5.2 压力分析69
• 4.5.3 过滤效率分析69-71
• 4.6 本章小结71-73
• 第5章 结论与展望73-75
• 5.1 结论73
• 5.2 展望73-75
• 参考文献75-79
• 致谢79-81
• 在学期间主要科研成果81
• 一、发表学术论文81
• 二、其它科研成果81

【参考文献】

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本文编号：778402