某危险品运输车排气系统内流场及温度场研究与结构优化

作     者：符耀民 

作者单位：贵州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：罗卫东

授予年度：2019年

学科分类：080704[工学-流体机械及工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：危险品运输车 排气系统 排气消声器 温度场 内流场 模态分析 

摘      要：随着我国经济总量的持续增长和物流运输行业快速发展,市场上对运输危险化学品的需求量越来越大,其中95%以上涉及了车辆长途运输。因危险化学品具有易燃、易爆及腐蚀等特殊性质,所以行驶过程中的危险品运输车辆是一个移动的危险源,车辆排气系统中的燃烧废气的流动和温度是主要风险因素,所以对危险品运输车辆的排气系统中燃烧废气的流场和温度场展开研究具有实际意义。虽然有关普通车辆排气系统热负荷、内流场、温度场以及结构动态性能方面的研究较多,但对于危险品运输特种车辆的安全性以及排气系统降温性方面的研究文献和成果较少。普通的排气系统装置并不能满足危险品运输车对排气系统的特殊要求。本文以某危险品运输车的排气系统为研究对象,利用Fluent软件着重对排气系统的排气消声器部分进行内流场和温度场数值研究,并把此结果作为边界条件利用ANSYS/Modal模块对消声器进行约束模态分析,最后根据上述研究结果对消声器进行结构优化,并对优化后的消声器进行数值模拟验证。首先,论文分析了排气系统的总成结构,对排气消声器利用Creo3.0建立三维模型,利用ANSYS/DM进行流域抽取以及利用ANSYS/ICEM做网格划分。通过计算消声器出口平均温度得知,在常速和高速工况下其出口平均温度较高,该消声器降温性能有待提高;通过对消声器内流场和温度场分析得知,消声器筒体左右侧面处在三种工况下均存在着涡流区,消声器壳体外表面最高温度大于国标中要求的200℃;通过对消声器壳体外表面试验研究表明,试验温度值与数值分析值的误差在10.56%内,但两者变化趋势一致,间接验证了数值分析的可信性。其次,利用ANSYS/Modal模块对消声器做有温度载荷下的结构模态分析,通过分析三种工况下消声器的固有频率得知,温度载荷对低阶模态影响较大,对高阶模态影响较小;对比外界激励频率得知消声器不会发生共振,结构动态性能良好,但消声器筒体左侧面的振型变形量最大达73.542mm,为有害振型,该处为薄弱位置。最后,针对前述问题对消声器进行结构优化,在消声器外壁加冷却水套并对其筒体左右侧面加厚1mm,根据不同的冷却槽直径差,得到A、B两型消声器。通过对A、B两型消声器的数值模拟验证表明,冷却水流速为0.8m/s时,B型消声器的降温性最好,出口温度最高为192.902℃;消声器筒体左侧面振型变形量也下降了18.70%;所以优化后的B型消声器有效地改善了降温性和结构动态特性。