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柴油滤清器的仿真分析与试验研究

作　者: 凌俊华
导　师: 刘忠民
学　校: 杭州电子科技大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 滤纸柴油滤清器 CFD 试验研究褶数
分类号:
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
下　载: 4次
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内容摘要

随着国内汽车产量和保有量的爆炸式增长，汽车对石油资源的消耗也急剧增加，汽车排放的尾气对环境造成了污染。对于柴油机唯有提升其燃烧性能才能达到减少损耗和控制排放的目的，通过提高燃油喷射系统的喷射压力可以明显地提高柴油机的燃烧性能。这就要求燃油喷射器具有更小的喷射孔径。然而鉴于国内柴油品质较差，柴油中的细小杂质颗粒会磨损燃油喷射器的喷射孔，引起燃油喷射雾化质量下降。柴油滤清器作为柴油机滤清系统的关键部分，对提高燃油的清洁度至关重要。影响柴油滤清器过滤性能的主要因素是所使用的柴油滤纸和由柴油滤纸折叠的滤芯结构这两个方面。滤清器的成本也主要取决于所使用的滤纸的质量和滤纸的使用数量。一些滤清器生产厂家为了提高滤芯的过滤面积就一味地增加滤纸的褶数，这样不仅降低了滤清器的性能，而且也浪费了资源。因此，不论是从提高柴油滤清器的过滤精度的角度来说，还是从节约资源的角度，使用过滤精度更高的滤纸，对柴油滤清器的滤芯结构进行优化都是非常有意义和必要的。为了从微观的角度探明在过滤过程中，流体的曳力与滤纸纤维粘附力对颗粒捕集的作用关系，本文首先在fluent中建立了二维纱线阵列模型对其进行了仿真分析。之后对市场在售的几款滤纸进行相关试验，通过试验优选出一款过滤精度较高的滤纸，为后续的模拟仿真和试验做准备。其次本文在参考国内外柴油滤清器试验标准的基础上，通过旧标准制作的试验台的基础上进行改装，并利用Lab view设计了试验数据采集软件。采用该试验台对柴油滤清器进行了流量-阻力试验。最后本文采用计算流体力学方法中的多孔介质模型模拟了某种类型柴油滤清器的褶状滤芯在不同褶数下的阻力特性和流场变化情况。结果显示：在设计滤清器的滤芯时，滤纸褶数的选择要使滤纸夹角不低于3°，才能使滤清器的过滤性能达到一个良好的水平。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第一章绪论  10-19
  1.1 课题研究的背景及意义  10-11
  1.2 国内外研究现状和发展趋势  11-17
    1.2.1 柴油滤纸的研究现状  11-13
    1.2.2 滤清器试验台的研究现状  13-15
    1.2.3 滤芯结构的研究现状  15-17
  1.3 本文研究的主要内容及方法  17-19
    1.3.1 研究的主要方法  17-18
    1.3.2 研究的主要内容  18-19
第二章计算流体力学基础知识  19-25
  2.1 流体动力学基本控制方程  19
  2.2 多孔介质模型  19-21
  2.3 控制方程的离散化  21
  2.4 基于 SIMPLE 算法的流场数值计算  21-22
  2.5 CFD 的求解过程  22-23
    2.5.1 前处理  22
    2.5.2 求解  22-23
    2.5.3 后处理  23
  2.6 相关软件的介绍  23-25
    2.6.1 Hyper mesh  24
    2.6.2 FLUENT  24-25
第三章柴油滤纸的过滤机理研究及滤纸参数试验  25-38
  3.1 柴油中杂质颗粒的过滤形式及过滤原理  25-27
  3.2 颗粒杂质捕集液固两相流模拟  27-32
    3.2.1 滤纸纤维模型的建立  27-29
    3.2.2 滤纸纤维的流场情况  29-30
    3.2.3 颗粒轨道离散相模型  30-32
    3.2.4 结果分析  32
  3.3 柴油滤纸的性能参数测量  32-38
    3.3.1 滤纸的孔径  32-33
    3.3.2 厚度  33-34
    3.3.3 透气度  34-35
    3.3.4 定量  35
    3.3.5 撕裂度  35
    3.3.6 试验结果分析  35-38
第四章柴油滤清器试验台设计与试验研究  38-52
  4.1 传统柴油滤清器试验台存在的问题  38-39
  4.2 试验系统软硬件设计  39-46
    4.2.1 试验系统硬件总体方案的设计  39-43
    4.2.2 数据采集软件的开发  43-46
  4.3 柴油滤清器流量—阻力试验  46-49
    4.3.1 试验对象和试验方案  46-48
    4.3.2 试验步骤  48-49
  4.4 试验结果及模型验证  49-52
第五章滤芯结构仿真分析  52-61
  5.1 滤纸模型的建立  52-53
    5.1.1 滤层仿真参数的确定  52-53
    5.1.2 柴油在滤层内的流动状态  53
  5.2 柴油滤清器褶状滤芯模型的建立  53-56
    5.2.1 物理模型的建立及网格划分  54-55
    5.2.2 模型边界条件及计算方法  55-56
  5.3 计算结果与分析  56-60
    5.3.1 褶状滤芯模拟结果的误差分析  56-57
    5.3.2 滤芯仿真模拟的方案  57
    5.3.3 滤纸夹角对流动阻力的影响  57-58
    5.3.4 滤纸夹角对流场的影响  58-60
  5.4 结论  60-61
第六章总结和展望  61-63
  6.1 全文总结  61
  6.2 展望  61-63
致谢  63-64
参考文献  64-68
附录  68

柴油滤清器的仿真分析与试验研究

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