学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

壁流式陶瓷颗粒过滤器结构特性分析

作　者: 姬宝强
导　师: 刘卫国
学　校: 大连理工大学
专　业: 车辆工程
关键词: 壁流式陶瓷颗粒过滤器结构特性 FLUENT 数值模拟
分类号: U464.172
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 265次
引　用: 5次
阅　读: 论文下载

内容摘要

壁流式陶瓷颗粒过滤器是柴油车上有效净化碳颗粒的装置。随着汽车排放标准要求的日益严格,在过滤器工艺的微观结构上、性能上提出了更高的要求,力求更高的过滤效率、尽量低的排气阻力。壁流式陶瓷颗粒过滤器内部由许多狭长的微通道组成。常规的流场模拟是将过滤器整体看作多孔介质,得不到狭长微通道上的气流分布及粒子沉积浓度等特性参数。本文的工作集中在狭长的微通道内部的流动特性分析,选取四个1/4气道及四个多孔壁作为计算区域,分析微通道壁面两侧的流动参数,寻求微通道结构尺寸的的最优值。主要考虑了半边长分别为1.2mm、1.0mm、0.8mm的三种模型,应用FLUENT软件,建立了三维六面体网格结构,用k-ε湍流模型进行了模拟,对其静压力场、速度场、碳颗粒浓度场进行了分析。不同边长微通道的计算结果表明,半边长为1.2mm的模型具有较低的排气阻力、较好的碳颗粒沉积特性。针对半边长1.2mm的模型,选取入口速度分别为20m/s、30m/s、40m/s进行模拟,结果显示20m/s的模型具有较好的流动特性。据此得出,结构尺寸一定的过滤器只能在一定的流动特性下得到理想的结果。增加微通道边长和增加目数都有利于过滤效率的提高、排气阻力的降低。在过滤器横截面积一定的情况下,过滤器的目数与孔道边长和壁厚的和的平方成反比。因此,为提高过滤器性能而增加目数或增加边长是矛盾的。在两者不能兼得的情况下,增加目数成为通常的选择,带来的问题是对工艺要求的提高。现行的数值模拟方法对分析问题提供了便利,但对于多参数优化还有许多不足。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-20
  1.1 柴油机排气污染物的现状、排气构成  8-10
    1.1.1 一氧化碳的生成机理  8
    1.1.2 碳氢化合物(HC)的生成机理  8
    1.1.3 氮氧化物(NO_x)的生成机理  8-9
    1.1.4 颗粒物(PM)的组成及生成机理  9-10
  1.2 排放物中颗粒物的净化技术、柴油机排放标准  10-14
    1.2.1 排放物中颗粒物的净化技术  10-11
    1.2.2 柴油机排放标准  11-14
    1.2.3 壁流式陶瓷过滤器随柴油机排放标准发展的历程  14
  1.3 壁流式陶瓷过滤器材料及参数选取  14-17
    1.3.1 过滤体材料  15
    1.3.2 数学优化法确定过滤体的结构参数  15-17
    1.3.3 日本在制造上做的改进  17
  1.4 国内外相关内容研究进展  17-18
  1.5 本课题的研究内容及意义  18-19
  1.6 本章小结  19-20
2 数值模拟基础  20-29
  2.1 计算流体动力学  20-21
  2.2 CFD通用软件简介  21-23
  2.3 FLUENT软件简介  23-24
  2.4 多孔介质理论简介  24-26
  2.5 多相流简介  26-27
  2.6 本章小结  27-29
3 数值模拟  29-46
  3.1 计算模型  29-30
  3.2 数学模型  30-33
    3.2.1 连续方程  31
    3.2.2 动量方程  31
    3.2.3 标准k-ε模型下的湍流方程  31-32
    3.2.4 组分方程  32
    3.2.5 多孔介质公式  32
    3.2.6 两相流公式  32-33
  3.3 网格划分  33-37
    3.3.1 FLUENT中网格生成技术  34-35
    3.3.2 网格要求  35-36
    3.3.3 本文模型的网格划分  36-37
  3.4 过滤器结构参数选取方案  37-38
  3.5 FLUENT中求解方案的选取  38-43
    3.5.1 求解技术  38-39
    3.5.2 湍流模型的选取  39-41
    3.5.3 壁面函数  41-43
  3.6 多孔介质和两相流设定  43-44
  3.7 边界条件类型的选取及设置  44-45
    3.7.1 过滤体材料设定  44-45
    3.7.2 其他壁面条件  45
  3.8 本章小结  45-46
4 计算结果分析  46-66
  4.1 计算前处理  46
  4.2 结果分析  46-65
    4.2.1 三种半边长模型的静压、速度、碳颗粒浓度分布情况分析  46-54
    4.2.2 半边长一定，三种速度模型的静压、速度、碳颗粒浓度分布情况分析  54-62
    4.2.3 孔道边长、壁厚与孔道数的关系及实际选取  62-65
  4.3 本章小结  65-66
结论  66-67
参考文献  67-70
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  70-71
致谢  71-72

壁流式陶瓷颗粒过滤器结构特性分析

内容摘要

全文目录

相似论文