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柴油机排气旋风分离器中的流场及微粒分离规律的研究

卢小珍  
【摘要】: 近年来,随着汽车保有量的增加,汽车排放已经逐步成为城市大气污染的主要来源。特别是汽车排气微粒,由于其粒径较小,吸附有害物质多,已逐渐成为威胁人类健康的巨大隐患。旋风捕集是柴油机排气微粒一种有效的后处理技术,系统地研究旋风分离器性能的影响因素及影响规律,对于改善及提高柴油机排气旋风分离器的性能具有重要的意义。 本文建立了直流式旋风分离器的几何模型,根据柴油机排气气流的特性,确定了合理的计算区域和边界条件,得到合理的计算网格文件。通过FLUENT软件,利用RNG k-ε湍流模型对旋风分离器气相流场进行了数值模拟,包括气流速度场及压力场的研究分析。系统分析了分离器内切向速度、轴向速度及径向速度的分布规律;模拟研究了不同入口气流温度、不同入口气流速度、不同出口管直径以及不同出口管插入深度等因素对旋风分离器内压力场的影响;初步模拟了周期性脉动入口气流对旋风分离器内的速度场及压力场分布的影响。 本文参考有关文献及研究结果,通过适当的假设和简化,采用拉格朗日坐标系下的离散项模型模拟研究了柴油机排气微粒在旋风分离器内的分布及运动规律。包括:模拟分析微粒运动轨迹,不同微粒粒径、不同微粒入射速度、不同入口气流温度等微粒参数及分离器操作参数对分离效率的影响,以及不同出口管直径和不同出口管插入深度等分离器结构参数对分离效率的影响。研究结果表明,根据柴油机排气的特点以及在其它条件一定的情况下,增加微粒粒径或入口气流速度,微粒所受的离心力就增大,微粒的分离效率也就随着提高;增加入口气流温度或出口管的直径会使分离器内的总压降减小,从而降低微粒的分离效率;加长出口管插入分离器筒体内的深度,会使分离器内的总压降增加,对粒径小于2μm的微粒的分离效率开始增加而后出现下降趋势,而对粒径大于2μm的微粒的分离效率却始终呈现增加的趋势。 本文的研究成果可以为机动车排气后处理技术的研究及发展提供有价值的参考数据。


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