防爆柴油机排气系统关键部件改进设计及试验分析研究

摘要

防爆柴油机作为井下无轨辅助运输车辆的动力装置，因为工作环境特殊，为了保护井下工作安全，需要对排气系统采取阻火、降温等措施，通常是在排气系统加装水夹套排气管、排气阻火器、水夹套波纹管和废气处理水箱等防爆部件来实现。排气阻火器和废气处理水箱作为排气系统的关键部件，会产生较大的排气阻力，从而对发动机动力性和经济性产生较大的影响。因此通过排气防爆组件的结构改进设计来减小排气系统阻力，对于提高防爆柴油机性能显得尤为重要。
　　本文以某型防爆柴油机为研究对象，首先通过发动机台架试验测试分析了进、排气防爆组件对发动机性能的影响，然后对排气阻火器和废气处理水箱进行了流场仿真分析，在此基础上提出了减小排气系统阻力的结构改进措施，为排气防爆组件结构改进提供了一定参考。
　　本文主要研究内容有：
　　1）简要介绍排气系统中排气阻火器和废气处理水箱防爆组件的结构及功用；开展加装不同防爆组件的发动机台架试验，根据试验数据对比分析防爆柴油机进、排气防爆组件对发动机动力性和经济性产生的影响，结合国内外研究现状，提出波纹式阻火器和废气处理水箱的改进设计方案。
　　2）为了探究波纹式阻火器狭缝高度、壁面温度和火焰入口速度等因素对火焰淬熄距离的影响，运用FLUENT软件对火焰在狭缝内的淬熄过程进行仿真分析，为波纹式排气阻火器的实际应用提供理论及工程指导。
　　3）设计试验方案，在不改变排气系统其他组件情况下对设计的波纹式阻火器进行发动机台架试验，通过试验结果对比波纹式阻火器和平板式阻火器对发动机排气阻力及性能产生的影响。
　　4）根据试验数据，应用FLUENT软件对平板式阻火器和波纹式阻火器两者的实际流动情况进行流体动力学仿真分析，观察并分析两种结构阻火器的压力分布、速度分布和湍动能分布情况，分析两种阻火器结构产生不同流动阻力的原因。
　　5）应用FLUENT软件及多相流模型对废气处理水箱内部的流场特性进行瞬态仿真分析；在此基础上，进一步提出废气处理水箱改进设计方案，并对改进后的废气处理水箱进行验证分析。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外研究动态

1.3 课题目标和内容

第二章 仿真分析理论基础

2.1 理论基础

2.2 FLUENT中数学模型及控制方程

2.3 本章小结

第三章 防爆组件对柴油机性能影响分析

3.1 防爆柴油机排气系统的组成

3.2 防爆柴油机台架试验及结果分析

3.3 排气防爆系统的改进设计

3.4 本章小结

第四章 狭缝淬熄特性数值模拟

4.1 淬熄理论简介

4.2 狭缝淬熄特性数值模拟

4.3 本章小结

第五章 排气阻火器试验及仿真分析

5.1 台架试验设计及结果分析

5.2 排气阻火器流动数值模拟

5.3 本章小结

第六章 废气处理水箱流场仿真分析

6.1 多相流模型简介

6.2 原废气处理水箱流场特性分析

6.3 改进后废气处理水箱流场特性分析

6.4 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 全文总结

7.2 展望

参考文献

致谢

攻读研究生期间发表的学术论文