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分流稀释颗粒测量系统的模拟研究

作　者: 田洪越
导　师: 常英杰；王增才
学　校: 山东大学
专　业: 车辆工程
关键词: 稀释系统 混合能力 柴油机颗粒 热泳沉降 湍流脉动沉降
分类号: TK421.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


柴油机排气颗粒粒径极小,易被直接吸入体内,引发呼吸道及肺部疾病,并且其常吸附有致癌物质,危害人类健康。研究柴油机颗粒排放特性及其控制技术的前提之一是要有良好精度的颗粒排放测量系统。本文基于流体动力学原理,对现有一分流稀释颗粒测量系统进行了研究。应用FLUENT软件对分流稀释颗粒测量系统的稀释混合能力进行了模拟计算。分析了不同实验条件时,柴油机排气与稀释空气在稀释通道内的混合状况。空气与柴油机排气由不同的入口进入稀释通道,本文应用组分输运模型来研究其混合状况,并利用能量方程、湍流模型考虑能量的转换与湍流的影响。应用FLUENT软件对分流稀释颗粒测量系统对传输管内流场的分布特征以及变化规律进行了研究。模拟分析了不同入口速度、入口温度下排气传输管内近壁温度梯度场和整个管径范围内湍动能场的分布特征及变化规律。文中分别利用能量方程、湍流模型考虑能量的转换和湍流的影响。模拟分析了传输管内颗粒沉降率的影响因素及其变化规律。结合传输管内流场的分布特征以及变化规律,应用能量方程、湍流模型、辐射模型、离散相模型分析了不同入口温度、入口速度下,颗粒在壁面上沉降率的变化规律,得出了该传输管内颗粒沉降情况。在考虑颗粒在排气传输管壁面的沉降状况时,充分考虑了湍流脉动的影响,并对不同入口参数下颗粒的热泳沉降率、湍流脉动沉降率以及热泳力与湍流脉动共同作用下的总沉降率进行了分析比较。文中应用离散坐标辐射模型来考虑气体与颗粒间的辐射换热,应用离散相模型分析颗粒在壁面的沉降率通过以上工作,得到了本文研究参数范围内该系统的稀释混合能力和排气传输管内颗粒沉降率的情况,研究成果可为进一步优化该分流稀释颗粒测量系统提供一定的理论依据和研究基础。

全文目录


摘要  11-12
ABSTRACT  12-14
第1章 绪论  14-22
  1.1 课题研究背景  14-17
  1.2 课题研究意义  17
  1.3 国内外研究现状  17-21
    1.3.1 多相流研究现状  17-18
    1.3.2 热泳沉降研究现状  18-21
  1.4 课题研究的主要内容  21-22
第2章 计算流体动力学基础  22-32
  2.1 引言  22
  2.2 流体动力学基本控制方程  22-27
    2.2.1 连续性方程  22-23
    2.2.2 动量方程  23-24
    2.2.3 能量守恒方程  24-25
    2.2.4 组分质量守恒方程  25-26
    2.2.5 控制方程通用形式  26-27
  2.3 数值模拟方法  27-30
    2.3.1 连续相数值模拟方法  27-29
    2.3.2 离散相数值模拟方法  29-30
  2.4 FLUENT软件  30-31
  2.5 本章小结  31-32
第3章 模型的建立与方程的离散求解  32-46
  3.1 引言  32
  3.2 几何模型的建立与网格的划分方法  32-33
  3.3 常用边界条件  33
  3.4 物理模型的选择  33-43
    3.4.1 能量方程  33-34
    3.4.2 辐射模型  34-35
    3.4.3 湍流模型及近壁区处理  35-40
    3.4.4 组分模型  40-41
    3.4.5 两相流模型  41-43
  3.5 求解器的选择及方程的离散与求解  43-45
    3.5.1 求解器的选择  43
    3.5.2 方程的离散与求解  43-45
  3.6 本章小结  45-46
第4章 分流稀释颗粒测量系统稀释混合能力分析  46-58
  4.1 引言  46
  4.2 计算前处理  46-52
    4.2.1 几何模型建立与网格划分  46-49
    4.2.2 物理模型和边界条件的选定  49-50
    4.2.3 模拟用实验条件  50-52
  4.3 不同实验条件下稀释通道内流场分析  52-56
    4.3.1 稀释通道内不同横截面流场分布  52-55
    4.3.2 采样前排气与稀释空气混合质量分析  55-56
  4.4 模拟结果验证  56-57
  4.5 本章小结  57-58
第5章 基于颗粒沉降排气传输管数值模拟分析  58-78
  5.1 引言  58-59
  5.2 计算前处理  59-63
    5.2.1 几何模型的建立与网格划分  59-61
    5.2.2 物理模型和边界条件的选定  61-63
  5.3 传输管流场分析  63-71
    5.3.1 温度梯度场分布分析  63-67
    5.3.2 湍动能场分布分析  67-71
  5.4 柴油机排气颗粒在传输管内沉降特性模拟分析  71-75
    5.4.1 不同入口温度下颗粒沉降率  71-73
    5.4.2 不同入口速度下颗粒沉降率  73-75
  5.5 本章小结  75-78
全文总结与展望  78-82
参考文献  82-88
致谢  88-89
学位论文评阅及答辩情况表  89

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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 > 理论 > 废气排放及净化
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