机车空气净化器风流模拟与结构优化

论文摘要

空气净化器是电力机车上一个核心部件,是机车散热冷却和防止粉尘冲刷磨损保证。对于高集成度的机车而言,通过结构优化来降低过滤器阻力是未来机车设计追求的方向。本为以此为方向,有较高的使用价值。本文从流体力学基本理论分析出发,研究了稳态不可压缩流体的CFD方法,通过软件进行建模,确定了机车过滤器模型的建立手段；针对折角和管帏过滤器的4种典型结构为对象,确定了合适的边界条件,并建立其几何模型,通过网格划分,对过滤器的风流进行了系统的模拟。给出了速度场、压力场、流线等详细信息。在结果分析基础上,还对产品的阻力进行了结构优化；在实验室中,对4种典型过滤器进行了实际的性能测试,数据表明,模拟结果和实际测试有较好的吻合性,证明模拟的正确性。在4种典型的过滤器中,折角过滤器的阻力优于管帏过滤器,条缝宽度为18mm的折角过滤器结构最优,建议在机车上采用。风流模拟的方法对传统行业尤其是机车设计行业有极大的指导意义,建议推广使用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外关于计算流体力学的研究现状
• 1.3 机车过滤器研究
• 1.4 本文研究的目的、内容和意义
• 第二章 CFD数值模拟
• 2.1 CFD数值模拟的相关理论
• 2.1.1 计算流体力学控制方程
• 2.1.2 流体力学方程的简化形式
• 2.1.3 CFD的求解过程
• 2.2 建模和网格生成
• 2.2.1 结构网格生成技术
• 2.2.2 非结构网格生成技术
• 2.2.3 混合网格生成技术
• 2.2.4 复杂外形网格生成
• 2.3 数值计算
• 2.3.1 离散化概述
• 2.3.2 确定数值求解方法
• 2.3.3 确定求解模型
• 2.3.4 设置边界条件
• 2.3.5 设置求解控制参数
• 2.3.6 流场迭代计算
• 第三章 机车空气净化器数值模拟与优化
• 3.1 机车空气净化器简介
• 3.1.1 一级空气净化器的结构
• 3.1.2 空气净化器的技术指标
• 3.2 过滤器几何建模
• 3.2.1 折角式空气净化器
• 3.2.2 管帏式空气净化器
• 3.3 网格文件生成
• 3.3.1 折角式空气净化器
• 3.3.2 管帏式空气净化器
• 3.4 边界条件
• 3.5 模拟结果与分析
• 3.5.1 模拟结果图的物理意义
• 3.5.2 速度场
• 3.5.3 压力场
• 3.5.4 结果分析
• 3.6 对折角式空气净化器的结构优化
• 3.6.1 工程几何建模和残差显示
• 3.6.2 速度场
• 3.6.3 压力场
• 第四章 空气净化器实验研究
• 4.1 折角式空气净化器
• 4.1.1 实验目的
• 4.1.2 实验装置
• 4.1.3 实验方案
• 4.1.4 实验数据与结果
• 4.2 管帏式空气净化器
• 4.3 对比结果分析
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢