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柴油机微粒捕集器流场研究及其优化设计

作　者: 赖天贵
导　师: 龚金科
学　校: 湖南大学
专　业: 动力机械及工程
关键词: 柴油机 微粒捕集器 壁流式蜂窝陶瓷 流场 压力损失 捕集效率 优化设计
分类号: TK423
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 326次
引　用: 5次
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内容摘要


随着国民经济的不断发展，汽车保有量急剧增加，汽车尾气排放污染问题日益严峻，尤其是柴油机的微粒排放，很难达到新的汽车排放标准，开发一种高效、节能、实用的柴油机微粒捕集器迫在眉睫。 柴油机微粒捕集器的设计是个十分复杂的过程，重点是选择过滤体材料及其再生技术。本文主要研究以壁流式蜂窝陶瓷作为过滤体的柴油机微粒捕集器的流场，并在此基础上进行优化设计。首先，通过对壁流式蜂窝陶瓷内部流动的物理模型与压力损失的分析，建立了相应的流动控制方程和压力损失方程，在国内首次运用FLUENT软件对柴油机微粒捕集器内部流动的速度场和压力场进行研究，发现多孔陶瓷壁面是产生压力损失的主要因素。其次，建立了多孔陶瓷壁面的微粒捕集物理模型，对壁流式蜂窝陶瓷的扩散捕集、拦截捕集和惯性碰撞捕集等三种主要捕集机理及其效率进行较为详细的分析。最后，研究了壁流式蜂窝陶瓷的结构对压力损失和捕集效率的影响，得出了增大过滤表面积能有效提高捕集效率的结论，并从降低压力损失和提高微粒捕集效率的目的出发对柴油机微粒捕集器进行了优化设计。 总之，采用计算机辅助分析技术对柴油机微粒捕集器性能的研究，能有效缩短柴油机微粒捕集器的开发周期，降低开发成本。本文仿真计算结果与实验结果吻合良好，表明所建立的仿真模型是正确的，所采用的方法是可靠的，为今后柴油机微粒捕集器的数值模拟提出了新的思路，对进一步研究柴油机微粒捕集器的流场与过滤体的再生具有重要的指导意义。

全文目录


摘要  7-8
Abstract  8-10
第1章 绪论  10-21
  1．1 前言  10-11
  1．2 柴油机微粒的危害与排放控制标准  11-16
    1．2．1 柴油机微粒的成分  11-12
    1．2．2 柴油机微粒排放特性  12-14
    1．2．3 柴油机微粒的危害  14-15
    1．2．4 柴油机微粒排放控制标准  15-16
  1．3 柴油机微粒排放控制技术  16-20
    1．3．1 机内净化技术  16-18
    1．3．2 排气后处理技术  18-20
  1．4 本文研究的主要内容  20-21
第2章 柴油机微粒捕集器的优化设计方法  21-31
  2．1 微粒捕集器的过滤材料  21-24
    2．1．1 常用过滤材料  21-23
    2．2．2 过滤材料的选择  23-24
  2．2 微粒捕集器的工作参数与优化设计方法  24-30
    2．2．1 工作参数与试验装置  25-26
    2．2．2 设计原则  26-27
    2．2．3 FLUENT软件基本介绍  27-29
    2．2．4 柴油机微粒捕集器的优化设计方法  29-30
  2．3 小结  30-31
第3章 壁流式蜂窝陶瓷内部流场及压力损失的研究  31-50
  3．1 壁流式蜂窝陶瓷内部流动的数学模型  31-37
    3．1．1 模型的简化  31-32
    3．1．2 控制方程  32-36
    3．1．3 壁流式蜂窝陶瓷产生压力损失的组成  36-37
  3．2 仿真模型的建立与计算  37-42
    3．2．1 计算域的选择  38-39
    3．2．2 网格的划分  39
    3．2．3 边界条件的设置  39-40
    3．2．4 FLUENT算法分析与选择  40-42
  3．3 计算结果验证与分析  42-48
    3．3．1 计算结果验证  42-44
    3．3．2 典型算例结果分析  44-48
  3．4 小结  48-50
第4章 柴油机微粒捕集器捕集效率的研究  50-60
  4．1 陶瓷壁面的微粒捕集物理模型  50-51
  4．2 壁流式蜂窝陶瓷的过滤机理与捕集效率  51-57
    4．2．1 扩散机理与扩散捕集效率  51-53
    4．2．2 拦截机理与拦截捕集效率  53-54
    4．2．3 惯性碰撞机理与惯性捕集效率  54-56
    4．2．4 综合过滤机理  56-57
  4．3 稳态过滤与非稳态过滤  57-59
  4．5 小结  59-60
第5章 柴油机微粒捕集器的优化设计  60-70
  5．1 柴油机微粒捕集器内部流动分析  60-65
    5．1．1 微粒捕集器模型的建立与计算  60-62
    5．1．2 微粒捕集器内部流动分析与优化设计  62-65
  5．2 柴油机微粒捕集器的优化设计  65-69
    5．2．1 结构参数对捕集效率和压力损失的影响  65-68
    5．2．2 柴油机微粒捕集器的优化设计  68-69
  5．3 小结  69-70
结论  70-72
参考文献  72-75
致谢  75-76
附录A(攻读学位期间所发表的学术论文目录)  76

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中图分类: > 工业技术 > 能源与动力工程 > 内燃机 > 柴油机 > 构造
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