排气冷却消声器性能研究及热应力分析

论文摘要

为了降低船用柴油机排气噪声,并对废气进行冷却以降低红外辐射,要求在排气系统中安装排气冷却消声器。本文旨在研究排气冷却消声器内的气体流动特性、冷却效果、声学性能以及结构热应力。空气动力性能是消声器的评价指标之一,本文首先利用基于有限体积法的FLUENT软件计算并分析了两种结构形式的排气冷却消声器在冷却与不冷却时的空气动力性能,得到了阻力损失特性、冷却效果和温度场,并分析了内部流体流动状态。在流体计算的基础上得到消声器内部温度场,采用SYSNOISE声学软件中的有限元法计算并分析了排气冷却消声器在室温与高温冷却下的声学特性,并将双进口排气冷却消声器的左端共振腔体积减小,改变其共振频率以改变消声器在低频时的声学性能。考虑到消声器的工作环境恶劣,气水相隔层温度梯度大,产生局部破环的可能性较大,本文使用结构有限元软件ANSYS计算并分析了消声器的热应力和热变形,并通过在气水相隔层增设固定凸台,能有效地减小消声器的热变形量。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 柴油机排气噪声及其控制
• 1.2 柴油机排气冷却消声器
• 1.3 排气消声器空气动力性能研究方法及现状
• 1.4 排气消声器声学性能研究方法及现状
• 1.5 排气冷却消声器性能评价指标
• 1.5.1 消声性能
• 1.5.2 冷却效果
• 1.5.3 阻力损失
• 1.6 课题的提出及本文的主要内容
• 第2章 消声器内部流场的数值仿真
• 2.1 流体动力学控制方程
• 2.1.1 质量守恒方程
• 2.1.2 动量守恒方程
• 2.1.3 能量守恒方程
• 2.1.4 控制方程的通用形式
• 2.1.5 标准k-ε模型
• 2.2 边界条件
• 2.3 网格划分
• 2.4 SIMPLEC算法
• 2.5 计算实例
• 2.6 本章小结
• 第3章 排气冷却消声器阻力特性与冷却效果分析
• 3.1 流固耦合传热模型
• 3.1.1 标准壁面函数
• 3.1.2 流固壁面耦合传热问题的求解策略
• 3.1.3 排气冷却消声器网格的划分
• 3.2 单进口排气冷却消声器
• 3.2.1 不带冷却水套时的流体动力性能分析
• 3.2.2 排气冷却消声器流体动力性能与冷却效果分析
• 3.3 双进口排气冷却消声器
• 3.3.1 不带冷却水套时的流体动力性能分析
• 3.3.2 排气冷却消声器的流体动力性能与冷却效果分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 排气冷却消声器声学性能分析
• 4.1 声学有限元法
• 4.2 单进口排气冷却消声器声学特性计算及分析
• 4.3 双进口排气冷却消声器声学特性计算
• 4.4 本章小结
• 第5章 排气冷却消声器热应力计算及分析
• 5.1 排气冷却消声器的工作环境
• 5.2 热弹性应力问题的有限元分析
• 5.2.1 热应力问题的有限元理论
• 5.2.2 ANSYS热应力分析方法
• 5.3 单进口排气冷却消声器热应力分析
• 5.3.1 热边界条件的施加
• 5.3.2 单进口排气冷却消声器热应力计算分析
• 5.4 双进口排气冷却消声器热应力分析
• 5.4.1 热边界条件的施加
• 5.4.2 双进口排气冷却消声器热应力计算分析
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢