基于微粒沉降的湍流管流内近壁流场的研究

摘要

尽管近年来柴油机微粒排放问题及其研究已受到国内外普遍高度重视，然而到目前为止，人们对柴油机微粒在排气管道中的沉降规律及其影响因素的了解却非常有限。微粒的运动在很大程度上取决于管道内的气流运动，因此为了给管道内微粒沉降的研究提供基础和依据，对管道内的流场，尤其是管道内近壁流场的结构特征及其影响因素进行研究就显得尤为重要。 本文根据湍流管流中柴油机微粒热泳沉降和湍流脉动沉降研究的需要，应用FLUENT软件对直圆管中稳态进气和脉动进气时，近壁处流场的分布特征、影响因素以及变化规律进行了研究。分析了稳态进气时气流入口速度、入口温度以及管道直径等对直圆管内近壁处温度场和湍动能场的影响；脉动进气时气流的脉动振幅和脉动频率对直圆管内近壁处温度场和湍动能场的影响。 针对柴油机排气系统的复杂性，本文对弯管、突扩管、分叉管等几种不同结构的管道内的排气流场进行了分析，重点研究了各种管道结构中近壁处流场的分布特征、影响因素以及变化规律。对弯管的弯头角度和气流入口速度对弯管内温度场和湍动能场的影响进行了研究，重点对流动参数变化比较剧烈的弯头内壁面和外壁面附近的流场进行了分析，并分析了这些特殊位置处的流场分布可能对微粒沉降产生的影响；对突扩管不同扩张度时管道突扩处的温度场、速度场、湍动能场的分布特征进行了分析；对一级分叉管和二级分叉管内的流场进行了研究，尤其是分叉处的近壁流场。 通过论文的工作，得到了各种不同管道结构内的近壁流场的分布特征、影响因素以及变化规律，研究成果可以为柴油机微粒在排气系统中不同管道结构内沉降规律的研究提供一定的理论依据和研究基础。

目录

文摘

英文文摘

声明

致谢

1 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国内研究现状

1.2.2 国外研究现状

1.3 课题研究意义

1.4 本课题研究的主要内容

2 湍流管流中近壁流场计算模型的建立

2.1 流体流动数值模拟方法及FLUENT软件

2.1.1 流体流动数值模拟方法

2.1.2 FLUENT软件

2.2 几何模型及其网格划分

2.2.1 几何模型的建立

2.2.2 几何模型的网格划分

2.3 湍流管流近壁流场数学模型及其离散与求解

2.3.1 湍流模型

2.3.2 近壁处理

2.3.3 方程的离散

2.3.4 离散方程的求解

2.4 边界条件的确定

2.5 本章小结

3 直圆管内近壁流场的研究

3.1 稳态流动时直圆管内近壁流场结构分析

3.1.1 温度场的结构特征

3.1.2 湍动能场的结构特征

3.2 脉动流动时直圆管内近壁流场结构的分析

3.2.1 周期性脉动气流

3.2.2 脉动气流对近壁温度场的影响

3.2.3 脉动气流对近壁湍动能场的影响

3.3 本章小结

4 不同局部管道内近壁流场的研究

4.1 弯管内近壁流场的分析

4.1.1 不同弯头角度的弯管内温度场的分布

4.1.2 入口速度对弯管内温度场的影响

4.1.3 不同弯头角度的弯管内湍动能场的分布

4.1.4 入口速度对弯管内湍动能场的影响

4.1.5 弯管中速度场的分析

4.2 突扩管内近壁流场的分析

4.2.1 不同扩张度时温度场的分布

4.2.2 不同扩张度时速度场的分布

4.2.3 不同扩张度时湍动能场的分布

4.3 分叉管内近壁流场的分析

4.3.1 分叉管内温度场的分析

4.3.2 分叉管内速度场的分析

4.3.3 分叉管内湍动能场的分析

4.4 本章小结

5 全文总结与展望

5.1 全文总结

5.2 研究工作展望

参考文献

作者简历