柴油機(jī)排氣微粒測(cè)試系統(tǒng)數(shù)值分析.pdf

1、能源危機(jī)影響使動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性有巨大優(yōu)勢(shì)的柴油車(chē)比例越來(lái)越大,而其一大缺陷就是微粒排放嚴(yán)重。對(duì)微粒排放的研究需具備高精度測(cè)量系統(tǒng)。國(guó)內(nèi)柴油機(jī)研究生產(chǎn)單位大多購(gòu)買(mǎi)國(guó)外設(shè)備,不菲的價(jià)格使國(guó)內(nèi)科研院所往往難以配備該設(shè)備。課題針對(duì)學(xué)校內(nèi)燃機(jī)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)特點(diǎn),以GB17691-2001要求為基準(zhǔn),研制低成本、高精度微粒測(cè)試系統(tǒng),以滿足學(xué)校對(duì)柴油機(jī)排氣微粒領(lǐng)域教學(xué)和科研需求。
　　以LF4105ZQ型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排氣微粒測(cè)量為設(shè)計(jì)目標(biāo),根據(jù)GB176

2、91-2001對(duì)微粒測(cè)試系統(tǒng)的要求,建立了微粒測(cè)試系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)尺寸。按定值稀釋比的設(shè)計(jì)思路,結(jié)合流體力學(xué)理論,完成了相關(guān)設(shè)備選型,完成了系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
　　微粒測(cè)試系統(tǒng)分成稀釋和采樣兩個(gè)部分。其中稀釋結(jié)構(gòu)為滿足溫度及均勻性要求,采用了文丘里管低靜壓稀釋技術(shù)。用ANSYS Workbench的CFD流體計(jì)算模塊對(duì)微粒測(cè)試系統(tǒng)稀釋結(jié)構(gòu)文丘里管的參數(shù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)值優(yōu)選。分析了文丘里管不同結(jié)構(gòu)尺寸時(shí),微粒測(cè)試系統(tǒng)稀釋結(jié)構(gòu)流場(chǎng)間的差異

3、,以文丘里管對(duì)混合氣體的提速能力及能量損失為評(píng)價(jià)指標(biāo),確定了微粒測(cè)試系統(tǒng)稀釋結(jié)構(gòu)的優(yōu)選結(jié)構(gòu)。
　　應(yīng)用ANSYSFUENT對(duì)優(yōu)選文丘里管結(jié)構(gòu)下的稀釋混合氣采樣位置進(jìn)行了研究。使用密度基求解器、半隱式SIMPLE算法,基于有限體積法并啟用無(wú)反應(yīng)的組分輸運(yùn)方程,能量方程,k-e湍流模型及低雷諾數(shù)近壁處理等,對(duì)微粒測(cè)試系統(tǒng)內(nèi)的三維定常流動(dòng)分析。通過(guò)觀察不同橫截面上柴油機(jī)排氣的比例,并考慮熱交換、湍流計(jì)算結(jié)果,確定了最佳的稀釋混合氣采樣位

4、置。
　　為探索所設(shè)計(jì)的稀釋結(jié)構(gòu)對(duì)柴油機(jī)機(jī)型的適應(yīng)性,對(duì)三臺(tái)不同的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速下的排氣數(shù)值計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,分析其速度場(chǎng)、溫度場(chǎng)和組分輸運(yùn)等。結(jié)果表明,本課題設(shè)計(jì)的分流稀釋部分采樣微粒測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理,可用于排量為2~4L左右的中小型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)微粒測(cè)量。
　　根據(jù)采樣要求,對(duì)采樣器結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。對(duì)采樣器的有效采樣率進(jìn)行對(duì)比,使用多孔介質(zhì)模型模擬濾紙進(jìn)行數(shù)值計(jì)算的三維模型,真實(shí)再現(xiàn)采樣器內(nèi)部流場(chǎng),以稀釋混合氣的通透率及