某大型柴油机消声器结构热应力和内部流动研究

论文摘要

本课题以某大型柴油机消声器为研究对象,利用计算模型对排气消声器进行了结构强度研究以及结构、热应力耦合和其内部介质流动情况研究。作者在查阅大量国内外资料的基础上,分析了国内外消声器结构研究及结构、热耦合和流动研究的发展现状,通过对国内外研究的对比,确定了本文的研究方向。本文研究了有限元理论、计算流体动力学理论、网格划分和数值计算方法,在总结实际工程经验的基础上,建立了大型排气消声器的数学物理模型,使用结构、热耦合有限元方法对其结构强度进行了研究分析。同时考虑到其内部介质流动对其温度场有影响,采用有限体积法对其内部介质进行了流动研究分析。本文利用数值模拟方法研究了消声器温度分布,在此基础进一步研究了消声器结构、热应力的耦合,分析了其耦合应力分布,同时考虑到介质流动对温度场的影响,本文对消声器内部流动介质流场、温度场及压力场进行了分析。利用模拟的计算结果,本文提出了消声器结构的改进方案,以求能够解决实际工作中消声器排气封头部加强筋处的开裂现象。根据对改进方案的模拟计算,新方案能够满足设计使用要求。本文的研究可以为在消声器设计中及时发现事故隐患,延长消声器的使用寿命,提高安全性,避免或减少经济损失,提供相关数据和理论依据。本文的研究方法及结论,可以提高消声器设计可靠性并缩短设计周期；文中的结果可为今后消声器的优化设计、维护、修缮等提供参考依据,且对类似装置的结构、热耦合分析及流场分析也具有一定的参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景及意义
• 1.2 相关研究方法发展简介
• 1.3 有限元分析法的进展
• 1.4 有限体积法的进展
• 1.5 国内外研究进展
• 1.5.1 消声器及类似结构的研究进展
• 1.5.2 流动的研究进展
• 1.6 论文的研究工作
• 第2章 温度场和热应力场有限元求解原理
• 2.1 有限元分析的力学基础
• 2.1.1 有限元分析的条件
• 2.1.2 位移、变形、力的三大变量之间的关系
• 2.1.3 边界条件
• 2.2 有限元分析在热分析中的应用
• 2.2.1 温度场有限元分析
• 2.2.2 热应力场有限元分析
• 2.3 有限元耦合计算原理
• 2.4 本章小结
• 第3章 流场的求解原理
• 3.1 控制方程组
• 3.2 湍流模型
• 3.3 基于有限体积法的控制方程离散方法
• 3.3.1 有限体积法的基本思想
• 3.3.2 控制方程的离散
• 3.3.3 数值解法
• 3.4 本章小结
• 第4章 消声器温度场和应力场耦合分析计算
• 4.1 WORKBENCH软件
• 4.1.1 WORKBENCH软件简介
• 4.1.2 WORKBENCH分析过程
• 4.2 消声器模型建立
• 4.2.1 消声器模型建立
• 4.2.2 模型网格处理
• 4.2.3 消声器温度载荷和边界条件
• 4.2.4 消声器耦合分析边界条件
• 4.3 消声器温度场分析计算结果
• 4.4 消声器耦合分析计算结果
• 4.5 本章小结
• 第5章 消声器内部流场分析
• 5.1 流动分析的目的
• 5.2 气体流动模型的建立
• 5.2.1 建立模型
• 5.2.2 网格划分
• 5.3 模拟计算及结果分析
• 5.3.1 流体温度场的分析
• 5.3.2 消声器流场分析
• 5.3.3 压力场的分析
• 5.3.4 湍流动能分析
• 5.4 本章小结
• 第6章 消声器改进方案分析计算
• 6.1 消声器改进方案
• 6.2 结构改进方案分析
• 6.2.1 消声器改进模型建立
• 6.2.2 消声器改进模型温度场
• 6.2.3 消声器改进模型应力场
• 6.3 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
• 个人简历