重型商用车排气系统阻力与温度场分布规律研究

论文摘要

随着机动车辆尤其是重型商用车辆的增加,车辆废气、噪声等问题已成为影响人们日常生活的严重问题,而目前重型商用车排气系统普遍存在不能有效的降低发动机的排气噪声,降噪能力差,超出国家法规84dB的限值。同时排气阻力大,发动机功率损失较大,增加了耗油量。因此,提升消声器的降噪能力及降低排气阻力显得非常重要。排气消声器涉及到流体、传热、振动、声学以及发动机性能等多个方面的学科,目前国内的研究工作基本以实验以及开发人员的经验为主,但对于越来越复杂的消声器结构,不论是理论指导还是经验设计,都难以满足要求。本文通过对某商用车型排气系统进行数值模拟,采用混合网格的划分方法,标准k-ε模型,应用FLUENT数值模拟软件对消声器的内部流场和温度场进行了模拟,计算得到了其内部压力、速度、温度等参数的分布情况。对压力场的分析表明阻力变化是由于气体在经过穿孔管时,压力急剧下降,流体在腔体内部扩张,隔板处湍流大等原因造成。温度场的分析表明温度沿消声器轴向递减,出口和进口温度差200℃C,在消声器壁面温度大约为70-90℃C之间。通过对速度场分析得到腔体内气流速度随压力增大而增大,在隔板处气体径向速度大,湍动能高,湍流严重,造成阻力增大。根据分析结果,对消声器的内部结构进行了优化,对插入管的插入深度,腔体容积的分配进行了改进,并且加装尾管结构。改进后,内部流场的压力分布在第二腔中区域均匀,腔中大的湍流明显减少,避免二次噪音的出现,温度在两腔中变化明显,出口温度有所降低,消声器总体性能得到改善。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 本研究的目的和意义
• 1.2 本研究的国内外现状
• 1.2.1 排气消声器研究现状
• 1.2.2 数值方法研究现状
• 1.2.3 阻力研究现状
• 1.3 研究内容
• 第二章 重型汽车排气系统结构与建模
• 2.1 重型汽车排气系统结构简介
• 2.2 汽车排气系统设计原则
• 2.3 消声器设计标准
• 2.3.1 消声器技术参数
• 2.3.2 技术要求
• 2.4 建模软件介绍
• 2.5 本章小结
• 第三章 排气系统数值模拟理论研究
• 3.1 计算流体力学基础知识概述
• 3.2 CFD在排气系统设计中的任务
• 3.3 流体动力学CFD基本理论
• 3.3.1 连续性方程
• 3.3.2 运动方程
• 3.4 湍流模型理论介绍
• 3.4.1 湍流的性质和介绍
• 3.4.2 湍流模型
• 3.5 近壁面区域的模拟
• 3.5.1 标准壁面函数
• 3.5.2 低Re数k-ε数模型
• 3.6 分析软件介绍
• 3.6.1 网格处理软件GAMBIT介绍
• 3.6.2 结构网格和非结构网格
• 3.6.3 网格数量选择
• 3.6.4 FLUENT软件简介
• 3.7 本章小结
• 第四章 排气系统流场数值模拟分析
• 4.1 模型假设与计算模型
• 4.2 边界条件设置
• 4.3 排气管路分析
• 4.4 消声器内部流场特性分析
• 4.4.1 压力分析
• 4.4.2 速度分析
• 4.4.3 温度场分析
• 4.5 尾管结构对消声器内流场的影响
• 4.5.1 压力分析
• 4.5.2 速度分析
• 4.5.3 温度场分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 排气系统的优化设计
• 5.1 改进的目的
• 5.2 改进措施
• 第六章 结论与展望
• 6.1 全文结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献