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电力机车用过滤器阻力特性及过滤特性的研究

作　者: 冯明坤
导　师: 曹小林
学　校: 中南大学
专　业: 制冷及低温工程
关键词: 计算流体力学(CFD) 气固两相流 GL百叶窗过滤器电力机车
分类号: U264.0
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

过滤器作为电力机车通风系统的重要部件,是保证电力机车稳定运行和使用寿命的关键设备。GL型百叶窗过滤器作为应用于电力机车上的新产品,目前只有少数企业技术人员做过一些实验研究。为加快产品设计周期和节省产品开发费用,本文借助计算流体力学(CFD)技术对GL型百叶窗过滤器展开系统全面的研究,探索过滤器性能参数的变化规律,为产品的设计研发提供参考。过滤器的性能研究涉及气固两相流,本文首先介绍了气固两相流的研究方法,回顾了与GL百叶窗过滤器类似的其它过滤器研究概况。介绍了四种湍流模型,并都应用于气相流场的模拟,数值结果与实验数据比较,确定Realizable k-ε模型为最佳湍流模型;选择基于欧拉-拉格朗日体系的颗粒轨道模型研究颗粒相的运动规律;对模拟值与实验值之间的误差进行了详细的原因分析。本文重点研究了运行参数、结构参数和结构形式对GL百叶窗过滤器的性能参数影响规律,最后对比分析了三种电力机车用过滤器的性能。研究结果表明:(1)随着进口风速的提高,GL百叶窗过滤器的阻力增加而过滤器效率降低;该过滤器对于不同粒径的颗粒有着不同的过滤效率;颗粒质量浓度在不同范围内对过滤器的性能参数有着不同的影响程度。(2)GL百叶窗过滤器的阻力和过滤效率都对三个基本结构参数很敏感,现有GL百叶窗过滤器的三个结构参数是经过优化后选取的。(3)带导风栅的过滤器,导风栅的形式不能过于简单,导风栅背风侧应该能起到引导气流的作用;过滤器的集尘栅带尾翼会消耗稍多的原材料,但其阻力略低;集尘栅的尾翼对过滤效率基本无影响。(4)数值比较了V-V格过滤器和列车用旋风除尘器同GL百叶窗过滤器的性能参数,这两种过滤器是以高能耗换取较高过滤效率的过滤器。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-19
  1.1 研究背景与意义  9-10
  1.2 铁路机车用空气过滤器概述  10-13
  1.3 研究现状  13-18
    1.3.1 气固两相流模型的研究现状  13-16
    1.3.2 类似惯性过滤器的研究现状  16-18
  1.4 本文的主要工作  18-19
第二章 GL型百叶窗过滤器数值方法的研究  19-35
  2.1 引言  19
  2.2 数学模型与计算方法  19-30
    2.2.1 气相的数值模拟方法  19-24
    2.2.2 颗粒相的数值模拟方法  24-30
  2.3 GL型百叶窗过滤器数值计算  30-34
    2.3.1 物理模型  31
    2.3.2 数值模型及边界条件  31-32
    2.3.3 模拟计算结果与分析  32-34
  2.4 本章小结  34-35
第三章 GL型百叶窗过滤器的仿真与优化  35-55
  3.1 引言  35
  3.2 气相流场模拟结果与分析  35-38
  3.3 颗粒相流场模拟结果与分析  38-40
  3.4 运行参数对百叶窗过滤器性能影响  40-43
    3.4.1 进口风速对过滤器性能参数的影响  41
    3.4.2 颗粒直径对过滤器性能参数的影响  41-42
    3.4.3 颗粒质量浓度对过滤器性能参数的影响  42-43
  3.5 结构参数对百叶窗过滤器性能影响  43-47
    3.5.1 结构参数a对过滤器性能参数的影响  44-45
    3.5.2 结构参数b对过滤器性能参数的影响  45-46
    3.5.3 结构参数c对过滤器性能参数的影响  46-47
    3.5.4 结构参数的优化  47
  3.6 结构形式对百叶窗过滤器性能影响  47-54
    3.6.1 导风栅的替代形式探讨  47-51
    3.6.2 集尘栅尾翼的影响探讨  51-54
  3.7 本章小节  54-55
第四章不同过滤器性能比较分析  55-63
  4.1 引言  55
  4.2 V-V格过滤器的性能研究  55-58
    4.2.1 数学模型及边界条件  56
    4.2.2 模拟结果与分析  56-58
  4.3 列车用旋风除尘器的性能研究  58-61
    4.3.1 数学模型及边界条件  59
    4.3.2 模拟结果与分析  59-61
  4.4 本章小节  61-63
第五章结论与展望  63-65
  5.1 结论  63-64
  5.2 展望  64-65
参考文献  65-69
致谢  69-70
攻读硕士期间主要的研究成果  70

电力机车用过滤器阻力特性及过滤特性的研究

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