旋转径向式微粒捕集器消声特性及流动均匀性分析

论文摘要

降低柴油机噪声，控制柴油机微粒排放是当今重要的研究课题之一。为了满足日益严格的柴油机排放法规，必须进行尾气后处理净化。柴油机微粒捕集器是当前公认的解决柴油机微粒排放问题最有效的装置之一。本文所研究的旋转径向式微粒捕集器是一种同时具有连续捕集微粒和排气消声功能的连续微波再生微粒捕集器。而在确保连续捕集微粒功能下如何有效研究消声特性及流动均匀性的内在作用机制是旋转径向式微粒捕集器捕集和消声性能一体化设计优化亟待解决的关键性问题。为此，本文以国家“863”项目（2008AA11A116）、国家自然科学基金项目（50876027）和国家自然科学基金项目（51176045）为依托，对旋转径向式微粒捕集器消声特性及流动均匀性进行研究分析，主要工作和创新之处如下：（1）基于有限元法建立旋转径向式微粒捕集器声学特性模型，分析得到了其消声特性和传递损失曲线，并采用灰色关联分析方法研究旋转径向式微粒捕集器结构参数对消声特性的影响程度。（2）基于气-粒两相流动理论，建立了旋转径向式微粒捕集器内部气-粒两相流动的三维数学模型。使用流体力学Fluent软件对其流场进行数值仿真,得到并分析了旋转径向式微粒捕集器内部压力、速度和湍动能的分布规律。（3）基于数值仿真方法，引入流动均匀性系数研究分析了旋转径向式微粒捕集器结构参数（如入口扩张角、直径比、过滤体长度）以及入口流速对流动均匀性和阻力损失的影响规律，为消除因回流和涡流现象而产生再生噪声的旋转径向式微粒捕集器设计提供了理论依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 柴油机排气微粒及其控制
• 1.2.1 柴油机排气微粒组成及危害
• 1.2.2 柴油机微粒排放控制措施
• 1.3 柴油机微粒捕集器概述
• 1.3.1 微粒捕集器结构简介
• 1.3.2 微粒捕集器设计要求
• 1.3.3 微粒捕集器过滤材料
• 1.3.4 微粒捕集器再生技术
• 1.4 柴油机排气噪声及其控制
• 1.4.1 柴油机排放噪声危害及控制措施
• 1.4.2 消声特性计算方法及研究现状
• 1.4.3 阻力损失计算方法及研究现状
• 1.5 本文主要研究内容
• 第2章 旋转径向式微粒捕集器消声特性数值分析
• 2.1 旋转径向式微粒捕集器简介
• 2.2 消声特性分析模型
• 2.2.1 物理模型
• 2.2.2 数学模型
• 2.2.3 边界条件设置
• 2.3 仿真结果分析
• 2.3.1 声压分布
• 2.3.2 传递损失计算
• 2.4 本章小结
• 第3章 旋转径向式微粒捕集器消声特性影响因素灰色关联分析
• 3.1 灰色系统理论
• 3.2 灰色关联分析
• 3.2.1 灰色关联分析的优势和特点
• 3.2.2 灰色关联分析模型的建立
• 3.3 旋转径向式微粒捕集器消声特性影响因素灰色关联分析
• 3.3.1 消声特性影响因素灰色关联分析可行性分析
• 3.3.2 影响因素的选取
• 3.3.3 消声特性影响因素灰色关联分析
• 3.3.4 灰色关联度计算
• 3.4 本章小结
• 第4章 旋转径向式微粒捕集器流场数值分析
• 4.1 气-粒两相流动模型
• 4.2 多孔介质理论
• 4.3 气-粒两相流场数学建模
• 4.3.1 湍流模型
• 4.3.2 过滤外部气-粒两相流动数学模型
• 4.3.3 过滤体内气-粒两相流动数学模型
• 4.4 旋转径向式微粒捕集器流场分析
• 4.4.1 物理模型
• 4.4.2 边界条件设置
• 4.4.3 计算结果分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 旋转径向式微粒捕集器流动均匀性分析
• 5.1 旋转径向式微粒捕集器流动均匀性的计算
• 5.2 流动均匀性影响因素及其阻力计算
• 5.2.1 入口扩张锥角的影响
• 5.2.2 直径比的影响
• 5.2.3 过滤体长度的影响
• 5.2.4 入口流速的影响
• 5.3 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 附录A 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢