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旋风分离器排气管缩口半径优化的数值模拟

流体机械 2015年第12期43卷 28-32页

作者：郑建祥周天鹤东北电力大学吉林吉林132012

利用FLUENT中的RSM模型和DPM模型对不同排气管底口半径r的缩口式旋风分离器进行了内部流场的数值模拟。对结果的时均图进行分析,得到随着收缩半径r的减小,排气管入口面积在减小,轴向速度及切向速度均增加,速度的增加可使靠近中心的颗粒... 详细信息

利用FLUENT中的RSM模型和DPM模型对不同排气管底口半径r的缩口式旋风分离器进行了内部流场的数值模拟。对结果的时均图进行分析,得到随着收缩半径r的减小,排气管入口面积在减小,轴向速度及切向速度均增加,速度的增加可使靠近中心的颗粒获得更大的离心力,因此被捕集的颗粒数增多。当半径r与排气管半径R比值为1~0.9时,分离效率提高不大,压降变化也较小,比值为0.8~0.5时,分离效率提高很多,同时能量损失也较大,在半径r逐渐减小的过程中,旋风分离器分离效率增加,压降增加。综合考虑,当r/R为0.6~0.5左右时,分离效率约为97%~98%,此时压降也较合理。

关键词：旋风分离器数值模拟排气管缩口分离效率

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汽车排气管性能的声学有限元分析与实验研究

汽车排气管性能的声学有限元分析与实验研究

作者：朱广平东北大学

学位级别：硕士

汽车作为工业文明的产物,已经成为当今社会家庭的主要出行工具。汽车噪声能给予驾驶员和乘客很直观的感受,它的来源有:行驶中的风噪、胎噪以及直接的发动机噪声。风噪与胎噪是与车身外形与轮胎质量有关系,发动机噪声则与多方面因素有直... 详细信息

汽车作为工业文明的产物,已经成为当今社会家庭的主要出行工具。汽车噪声能给予驾驶员和乘客很直观的感受,它的来源有:行驶中的风噪、胎噪以及直接的发动机噪声。风噪与胎噪是与车身外形与轮胎质量有关系,发动机噪声则与多方面因素有直接的联系,如前舱的隔音性能、排气噪声的控制等等。其中发动机的排气噪声占汽车噪声的主要成分,所以设计出具有高消声能力和良好的空气动力学性能的排气管消声器已成为现如今控制汽车排气噪声的重要课题。本文通过实验与理论相结合的方法对排气管消声器的空气动力学以及声学进行分析。首先,本文根据实车排气管进行PROE建模,通过ANSYS仿真软件对其各阶固有频率进行仿真研究,得出排气管的各阶固有频率;结果显示其低阶固有频率避开发动机运行的频率;其次,利用FLUNT流体分析软件对排气管的空气动力学性能进行研究,得出其内部流体场的速度、温度和压力损失;其中压力损失是衡量排气管空气动力学的一个重要指标,通过它能够评价其流体动力学的性能;再次,利用*** Acoustics声学软件对降噪消声性能进行研究,得出其传递损失,传递损失作为衡量消声性能的主要评价指标,用以对降噪能力进行衡量,在研究消声性能的同时也考虑到温度和流速对降噪能力的影响。实验部分,首先在理论模态分析之前利用BK系统对实体进行了固有频率测试的实验,通过多次实验得出其低阶固有频率,这与有限元仿真进行对比,验证了实验结果的有效性。其次,对新型排气管实物进行整体性能的测试,通过专用的实验设备和排气管模型得到的实验数据,并与前文理论分析所用到的排气管做对比分析,得出新型排气管优异的空气动力学性能和降噪性能。

关键词：排气管模态分析流场模拟声场模拟 BK系统测噪设备

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中硅钼球铁排气管材料的试验研究

中硅钼球铁排气管材料的试验研究

作者：洪新旺南昌大学

学位级别：硕士

作为汽车重要部件的发动机排气管,是典型的薄壁复杂铸件。排气管在发动机工作过程中,承受着高温高压的循环冲击,工作条件恶劣,因此排气管铸件的质量要求很高,尤其是它的耐高温性能。目前,排气管铸件多采用灰铸铁,蠕墨铸铁,普通球铁,高... 详细信息

作为汽车重要部件的发动机排气管,是典型的薄壁复杂铸件。排气管在发动机工作过程中,承受着高温高压的循环冲击,工作条件恶劣,因此排气管铸件的质量要求很高,尤其是它的耐高温性能。目前,排气管铸件多采用灰铸铁,蠕墨铸铁,普通球铁,高镍铸铁等材料,随着人们对环保意识和法规的提升,灰铸铁,蠕铁材料已不能满足发动机的排放使用性能要求,而球铁由于变形因素较少适于排气管上应用,因此具有中高温综合性能和适宜价格的硅钼球墨铸铁正逐渐取代其它排气管材料。本论文是对中硅钼球铁排气管材质的研制。试验根据江铃铸造厂的技术要求,采用盖包法球化处理工艺进行球化处理,通过对A、B、C三种类型球化、孕育剂进行选型,并选择适宜化学成份、调整孕育剂加入量及钼含量等参数进行试验。为获得低碳化物、低珠光体组织,进行有针对性地调整及优化,寻求最佳的制备工艺参数,以稳定地生产出高性能铸态铁素体硅钼球墨铸铁。根据试验结果,我们将A球化及孕育剂投入生产验证并取得了成功。通过小批量试产验证,我们制造出了合格的中硅钼球墨铸铁排气管,可以投入批量生产。通过本课题的研究,我们得到如下结论:(1) A球化及孕育剂在生产上有较大的适应性,其处理后的球墨铸铁的组织及性能最好,其中球化率稳定在85%以上。(2)增加孕育剂的加入量,当加入量为1.8%,使用多次孕育手段时,可以使球铁组织中珠光休及碳化物含量显著降低,得到分布均匀、细小的球状石墨组织。(3)铸件的冷却速度对组织中的珠光体及碳化物含量有影响。快速冷却可以有效降低碳化物含量。(4)中硅钼球墨铸铁排气管批量试产获得了成功,其性能指标达到了江铃铸造厂要求。试产所获得的最佳综合性能:球化率约90%,珠光体量约5%,碳化物量约1%;抗拉强度630MPa,屈服强度514 MPa,延伸率15%,硬度236HB。

关键词：排气管球墨铸铁硅钼铸态铁素体

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柴油机排气管内碳烟颗粒动力学演变过程研究

柴油机排气管内碳烟颗粒动力学演变过程研究

作者：卞钒全武汉理工大学

学位级别：硕士

柴油机由于良好的经济性和动力性,在农业、工业中被广泛运用,但随之而来的环境污染问题也愈发严重。柴油机排放的碳烟颗粒物是雾霾的主要来源之一,此外,碳烟颗粒还能通过呼吸系统进入肺部造成疾病。因此,柴油机碳烟颗粒排放一直是燃烧... 详细信息

柴油机由于良好的经济性和动力性,在农业、工业中被广泛运用,但随之而来的环境污染问题也愈发严重。柴油机排放的碳烟颗粒物是雾霾的主要来源之一,此外,碳烟颗粒还能通过呼吸系统进入肺部造成疾病。因此,柴油机碳烟颗粒排放一直是燃烧学领域研究热点。除了研究碳烟颗粒质量浓度、数目浓度、烟度等,还利用透射电子显微镜（Transmission Electron Microscopy,TEM）观测颗粒的微观形貌、结构等特征。本文以排气管中碳烟颗粒的演变过程为研究对象,通过碳烟颗粒取样装置采集不同工况下、排气管加装保温棉前后不同位置处的碳烟颗粒,并利用TEM对采集的碳烟颗粒样本进行观测、处理,研究柴油机运行工况、取样位置、排气管内气流温度对碳烟颗粒形貌、结构、尺寸等的影响。基于流体-轨道模型,采用拉格朗日方法追踪颗粒的运动轨迹,考虑轨迹交叉、几何碰撞率和临界速度等,构建湍流场中颗粒的动力学演变模型,模拟计算柴油机排气管内碳烟颗粒形貌的变化过程及其影响因素。通过采用实验和模拟相结合的研究方法,得出以下结论:（1）在柴油机转速相同时,随着柴油机平均有效压力（BMEP）的增加,碳烟颗粒的平均回转半径、投影面积、包含的基本碳粒子数以及基本碳粒子的平均粒径呈“V”型发展趋势,在BMEP为0.63 MPa时最小;基本碳粒子的粒径分布呈单峰状,各BMEP下峰值所在区间变化较大;碳烟颗粒从简单的支状、链状逐渐变为复杂的网状、簇状,颗粒堆积加剧,颗粒的分形维数增加;在柴油机BMEP相同时,随着转速的提高,碳烟颗粒的形貌较为接近,差距较小。（2）排气管气流下游采样点b处碳烟颗粒的平均回转半径、投影面积、包含的基本碳粒子数均大于上游采样点a处,且下游采样点b处基本碳粒子的平均粒径基本大于上游采样点a处（除BMEP=1.13 MPa时）,说明碳烟颗粒随着尾气排出时仍经历碰撞、凝并等动力学演变过程。此外,下游采样点b处碳烟颗粒的分形维数亦大于上游采样点a处,说明碳烟颗粒随着尾气在排气管中运动时还在不断进行凝并。（3）加装保温棉后,在高负荷下（BMEP为0.88、1.13 MPa）,基本碳粒子的平均粒径以及碳烟颗粒包含的基本碳粒子数均大于未加装保温棉时,而碳烟颗粒的平均回转半径在任何负荷下都有所降低。这说明排气管中气流温度的升高,促进了基本碳粒子的表面生长,并增强湍流,使链状碳烟颗粒在涡团的作用下更易团聚,即碳烟颗粒的回转半径降低,分形维数升高;加装保温棉后,基本碳粒子的碳层间距和扭曲度均降低,尤其是在高负荷下,这说明排气管温度的升高有利于基本碳粒子的石墨化。（4）构建的模型可以很好地预测颗粒碰撞后的形貌、分形维数,所得颗粒的形貌与实验中利用TEM拍摄的碳烟颗粒形貌相似度较高,均呈现出链状、簇状,可以对颗粒的生长过程进行追踪。温度的升高对颗粒的碰撞凝并、频率以及粒径分布影响不大,且粒径主要分布在60～80 nm之间,呈单峰状分布。但是颗粒的分形维数随温度的升高而增大,说明温度升高,湍流动能和湍流耗散率升高,使得颗粒在强湍流的环境中更易发生扭曲、形变。本文通过实验和模拟相结合的研究方法,对柴油机排放颗粒的形貌、结构以及影响因素进行了较深入研究,所得结论可为降低柴油机颗粒物排放提供理论依据和实验基础,对改善环境质量具有重要的理论价值和现实意义。

关键词：柴油机排气管碳烟颗粒微观形貌动力学演变过程

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汽车底盘腐蚀与防腐调查及排气管防腐研究

汽车底盘腐蚀与防腐调查及排气管防腐研究

作者：黄瑜武汉理工大学

学位级别：硕士

近年来我国汽车工业的快速发展,我国成为世界第二大汽车保有量国家,但是越来越多的汽车腐蚀问题日渐显著。底盘工作环境最为恶劣,发生腐蚀最为严重,任何底盘零件的腐蚀都有可能影响汽车的正常行驶,造成人身财产安全。本文通过收集资料... 详细信息

近年来我国汽车工业的快速发展,我国成为世界第二大汽车保有量国家,但是越来越多的汽车腐蚀问题日渐显著。底盘工作环境最为恶劣,发生腐蚀最为严重,任何底盘零件的腐蚀都有可能影响汽车的正常行驶,造成人身财产安全。本文通过收集资料、参与腐蚀会议以及实地调查等途径,对汽车底盘腐蚀类型、底盘腐蚀试验方法、底盘防腐标准、底盘防腐方法等方面进行调查,整理出汽车各个底盘零部件腐蚀调查表,并实地调查采集底盘零部件腐蚀照片,分析整理部分零部件表面腐蚀产物成分。采用失重法和厚度法评价前消声器和中管的高温盐蚀实验。研究前消声器内管、中段、尾段在不同盐浓度下的失重率规律;比较中管不同弯曲角度在不同盐浓度下的腐蚀失重率大小;研究前消声器折边、卷边、弯曲、焊缝在不同盐浓度下的腐蚀厚度变化值规律;研究中管不同弯曲角度上厚边、薄边、中边在不同盐浓度下的腐蚀厚度值规律。研究表明:在相同盐浓度下,前消声器的中段、内管位置和中管弯曲角度最大位置优先发生腐蚀。在不同盐浓度下,前消声器中段在13%盐浓度中优先发生腐蚀;中管在26%盐浓度中优先发生腐蚀。在相同盐浓度下,前消声器折边位置前期优先发生腐蚀,后期无折边优先发生腐蚀;随着周期数的增加,侧边、焊缝位置腐蚀越来越加剧,部分弯曲和卷边位置在第35周期出现腐蚀减慢;中管厚边位置腐蚀最慢。在不同盐浓度下,13%盐浓度下前消声器折边与无折边位置腐蚀最为显著,纯水腐蚀最弱;26%盐浓度下中管腐蚀最显著。采用失重法和厚度法评价后消声器的冷凝液腐蚀实验。比较后消声器上折边、卷边、弯曲、焊缝单元冷凝液腐蚀失重率大小;研究后消声器冷凝液腐蚀实验寿命以及最大腐蚀深度。研究表明:后消声器折边和卷边位置腐蚀先减弱后增强;弯曲和焊缝位置腐蚀先减弱后回升保持稳定。理论计算得到后消声器A、B分别在第148个周期和第135个周期发生腐蚀穿孔;预测A、B整个后消声器上最大腐蚀深度分别为0.065mm和0.104mm。

关键词：腐蚀调查汽车零部件腐蚀实验排气管工艺类型

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形状、结构耦元对排气管减阻性能影响

形状、结构耦元对排气管减阻性能影响

作者：许浩然吉林大学

学位级别：硕士

社会物质的极大丰富，人们生活日渐改善，汽车的需求也是水涨船高，紧随其后的尾气污染问题，尤其是最近热议的雾霾问题正逐渐侵蚀着人们的工作、生活以及身心健康。减小尾气排放过程的阻力能够提高发动机的排气效率，进而减少有害气体... 详细信息

社会物质的极大丰富，人们生活日渐改善，汽车的需求也是水涨船高，紧随其后的尾气污染问题，尤其是最近热议的雾霾问题正逐渐侵蚀着人们的工作、生活以及身心健康。减小尾气排放过程的阻力能够提高发动机的排气效率，进而减少有害气体的排放。因此，研究汽车排气过程中减阻问题具有重要的现实意义。以往研究表明，通过对生物体表的模仿，利用仿生耦合技术制成的仿鲨鱼皮泳衣在减阻方面获得较大的突破。然而，仿生耦合技术中，不同耦元对减阻的影响不同，本文从形状、结构耦元入手，研究形状结构耦合单元体对排气管减阻性能的影响及对仿生模型的减阻机制进行探讨，主要成果如下： 1、以海洋生物鲨鱼、海豚及陆地生物蜣螂、龙虱空中生物信鸽为生物原型设计了沟槽形、凹坑形、椭球形单元体，以及具有椭圆结构、梯形结构、抛物线结构、半椭圆结构、半梯形结构、半抛物线结构单元体;2、应用模拟软件Fluent模拟排气管内流体的速度场、壁面剪应力、湍流强度，分析了不同形状及形状相同、结构不同单元体仿生试样的减阻特性，并研究了相同形状和结构单元体不同特征参数仿生试样的减阻特性;3、揭示出形状耦元中，具有沟槽形单元体仿生试样的减阻性能最佳;在结构耦元中，沟槽形与抛物线结构耦合单元体仿生试样减阻性能最佳;通过改变抛物线结构的深度和宽度后发现，深0.5mm，宽3mm仿生试样具有较好减阻效果;4、揭示仿生耦合处理减阻机理（1）、沟槽的存在使气—固接触变成气—固、气—气接触，减小了摩擦力，提高了排气管内流体流速;（2）、沟槽能够使边界层的黏性底层厚度增加，垂直于壁面方向的速度梯度降低，导致来自壁面的摩擦阻力减小;（3）、流体在管内流动为湍流，在流动过程中会出现湍流猝发现象，沟槽的存在能够对湍流猝发起到一定的阻碍作用，猝发强度降低，起到减阻作用。

关键词：仿生耦合形状结构排气管减阻

燃乙醇汽油车排气管内部单相流场的计算机模拟研究

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燃乙醇汽油车排气管内部单相流场的计算机模拟研究

作者：李鸥东北林业大学

学位级别：硕士

近年来,乙醇汽油在我国的推广使用已经取得了较好的成效,它不仅缓解了石油资源危机,并且有效地改善了汽车尾气的排污情况。然而,针对我国北方寒冷地区,乙醇汽油的投入使用却带来了一些新的问题。在冬季由于寒冷的低温环境造成乙醇汽油... 详细信息

近年来,乙醇汽油在我国的推广使用已经取得了较好的成效,它不仅缓解了石油资源危机,并且有效地改善了汽车尾气的排污情况。然而,针对我国北方寒冷地区,乙醇汽油的投入使用却带来了一些新的问题。在冬季由于寒冷的低温环境造成乙醇汽油的燃烧状况较差,以及乙醇汽油的亲水特性,使得汽车尾气中的含水量与过去相比增加了许多,这些水分随着汽车不断行驶过程中燃料的消耗而积累,最终通过排气尾管末端滴至路面,遇低温结冰,形成一层薄冰覆盖在路面上,严重影响着这些地区的交通状况。为了解决乙醇汽油车排气管滴水问题,需要了解水蒸气液化的位置,即排气管内部温度在100℃左右的区域,找出水分回收节点,进而为设计能够回收汽车尾气中水分的新型排气管提供理论依据,解决燃乙醇汽油车冬季滴水问题,阻止其对交通环境造成的影响。本论文的主要研究内容是燃乙醇汽油车在低温气候下以怠速、低速、中速以及高速工况行驶时,排气管内部温度的变化以及分布状况。论文首先介绍了国内外针对乙醇汽油的使用情况,乙醇汽油的发展现状与趋势,以及一些针对汽车排气管进行研究的相关文献。然后选取黑龙江省哈尔滨市作为试验地点,于冬季(2008年1月30日、31日、2月1日,气温-10℃左右)和春季(2008年4月29日、30日,气温22℃左右)分别进行了两次试验,测量了燃乙醇汽油车在怠速、低速、中速以及高速工况下排气管内部温度分布情况以及排气管末端滴水状况。介绍了数值模拟的基础理论,对CFD软件FLUENT的使用进行了简单介绍,在试验数据基础上,通过运用计算流体力学建立数学模型,应用FLUENT软件模拟计算冬季各工况下排气管内部温度分布情况,并参照排气管温度测定试验对数值模拟进行试验验证。

关键词：乙醇汽油排气管 FLUENT软件温度场模拟

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汽车空调排气管路振动特性分析与试验研究

汽车空调排气管路振动特性分析与试验研究

作者：牟雪健烟台大学

学位级别：硕士

汽车行驶过程中,汽车空调系统会受到来自发动机和压缩机等各类复杂载荷的激励,若管路系统设计不满足要求,会导致空调管路在激励作用下发生疲劳断裂现象,严重影响汽车的安全性。随着用户对汽车驾驶舒适度以及可靠性要求的不断提高,我国... 详细信息

汽车行驶过程中,汽车空调系统会受到来自发动机和压缩机等各类复杂载荷的激励,若管路系统设计不满足要求,会导致空调管路在激励作用下发生疲劳断裂现象,严重影响汽车的安全性。随着用户对汽车驾驶舒适度以及可靠性要求的不断提高,我国对汽车空调管路进行了大量理论与试验研究,但实际的管路结构仍会出现失效现象。因此,对汽车空调管路进行振动特性研究,确保汽车空调系统的可靠性是非常必要的。本文结合新型汽车空调排气管在设计开发过程中的实际问题,开展了以下几个方面的研究:查阅相关文献资料,对车用空调的发展历程,工作原理及国内外对汽车空调管路系统的振动研究进行总结。论述了汽车空调系统振动特性研究的重要性,阐述了本论文课题的研究意义。对单自由度系统与多自由度系统的模态分析理论及单自由度系统的响应分析相关理论进行研究,并给出了经典悬臂梁模型的模态分析与谐响应分析。对实际生产的汽车空调排气管路模型进行等效简化,建立了排气管路的有限元简化模型,并对材料非线性与接触非线性及其处理方式进行了研究与探讨。对所建立的有限元分析模型,按照实际工况进行了模态分析,得到管路的固有频率与模态振型。结合有效质量与参与系数对管路振动特性进行分析,并对模态分析结果的影响因素进行了讨论。对直接积分法与模态叠加法进行对比,开展了基于模态叠加法的谐响应分析,并对响应数据进行数据后处理,完成了不同激励方式的结果数据转换。最后开展了排气管路振动台振动试验,获得排气管路的实际共振位置,将试验结果与仿真分析结果进行对比,对二者结果误差的产生原因进行分析。本文结合振动分析理论完成了排气管路的有限元仿真及振动试验,对响应结果进行处理,得到频响数据。通过仿真与试验对空调排气管路进行双向校核,验证了某新型排气管路设计方案的可行性,为管路的进一步优化指出了方向,具有重要的研究意义。

关键词：汽车空调排气管振动特性仿真分析

可变几何排气管增压系统在车用发动机上的应用研究

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可变几何排气管增压系统在车用发动机上的应用研究

作者：朱骏上海交通大学

学位级别：硕士

对于涡轮增压系统来说,最基本的增压系统是定压增压系统和脉冲增压系统。定压增压系统,排气管容积大,管内压力基本保持恒定,泵气损失少,高速工况性能好;脉冲增压系统,排气管容积小,既能避免扫气干扰,又能较好地利用排气脉冲能量,低速和... 详细信息

对于涡轮增压系统来说,最基本的增压系统是定压增压系统和脉冲增压系统。定压增压系统,排气管容积大,管内压力基本保持恒定,泵气损失少,高速工况性能好;脉冲增压系统,排气管容积小,既能避免扫气干扰,又能较好地利用排气脉冲能量,低速和瞬态工况性能好。而后在这两种增压系统的基础上又先后发展了PC、MPC、MIXPC以及MMPC增压系统。但是这些增压系统的排气管系结构都是不可变的,都不能很好的兼顾高速和低速工况。可变几何排气管增压系统是利用排气管中的可控阀门来实现增压方式的转换,控制结构简单。当发动机处于低速工况或加速加载工况时,关闭阀门,此时增压方式为脉冲增压,脉冲能量能充分利用;当发动机处于高速工况时,打开阀门,增压方式为准定压增压,泵气损失小,油耗低。在本文中,针对某车用六缸机进行了可变几何排气管增压系统的研究。首先对此六缸机的原机三脉冲增压系统进行了试验研究,并对原机的油耗、烟度、泵气平均有效压力和排气压力波的变化规律进行了分析。而后利用GT-POWER建立原机仿真计算模型,在原机校核计算的基础上,分别对六种可变几何排气管增压系统进行了计算研究。计算结果表明,在2200rpm的高速工况,可控阀门打开以后油耗较低;在1000 rpm的低速工况,可控阀门关闭以后油耗较低。最后对六种可变几何排气管增压系统中,其中的一种可变几何排气管增压系统进行了模拟试验:分别用原机脉冲增压系统排气管和新加工的准定压增压系统排气管来模拟可变几何排气管增压系统的可控阀门关闭和打开的状态。试验结果表明,在低速工况可控阀门关闭以后,可以充分利用脉冲能量;在高速工况当可控阀门打开以后,可以减小泵气损失。与计算结果相对比,可以发现计算结果与试验结果符合较好。

关键词：柴油机可变几何排气管涡轮增压泵气损失