防爆柴油机排气系统数值模拟分析

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1、太原理工大学硕士研究生学位论文防爆柴油机排气系统数值模拟分析摘要防爆柴油机一般应用于煤矿井下等易爆场所，为运输、装载等机械作业提供动力，它区别于一般柴油机的不同之处主要在以下几个方面：防爆柴油机对机体的表面温度有严格规定；进排气系统加装有阻火装置；排气系统加装废气处理装置；有保护停机装置。其中防爆排气系统中防爆元件的增加，带来了排气阻力，降低了其功率和转矩；同时这些防爆元件在使用过程中因结构设计不合理或余量太多，为装有防爆柴油机的车辆的使用带来了诸多不便。本文以某型六缸防爆柴油机排气系统为研究对象，立足于防爆柴油机使用中发现的一些问题及其排气系

2、统的研究现状，较为系统地研究了该六缸机排气系统中的水夹套排气歧管、废气处理水箱，为今后防爆排气系统的研发设计、结构改进等工作提供了依据。本文主要工作有：1）利用GT-SUITE系列软件依次建立了进排气防爆栅栏、进气歧管、水夹套排气歧管、废气处理水箱、柴油机本体等的管状化模型，并对防爆柴油机进行了一维仿真计算；2）通过分析发动机示功图，对比功率、转矩、排气背压等的仿真结果与试验数据，验证了GT-SUITE软件建立的发动机模型的合理性；3）分析了国内厂家设计的水夹套排气歧管的结构形式，及干式和湿式排气防爆系统中核心部件废气处理装置的不同结构形式，并

3、在此基础上利用UG和GAMBIT软件建立了本文用到的水夹套排气歧管和废气处理水箱模型；4）利用ANSYS软件对水夹套排气歧管进行了静力分析和结构模态分I太原理工大学硕士研究生学位论文析，了解了它在受力时的模态；5）在FLUENT软件中对水夹套排气歧管的四种有代表性的曲轴转角点对应的工况做了流线、温度场、压力场、速度场等分析，并给出了改进方案；结合FLUENT软件中对传热问题、湍流流动、多相流问题的处理方法，利用其瞬态仿真技术及前文得到的边界条件，对四种废气处理水箱模型分析对比，根据其结果阐述了各自的流动情况。关键词：防爆柴油机，排气系统，CFD

4、分析，模态分析，优化II太原理工大学硕士研究生学位论文NumericalSimulationAnalysisoftheFlameproofDieselEngineExhaustSystemABSTRACTExplosion-proofdieselaregenerallyusedincoalmineexplosiveplaces,whichprovidepowerfortransportation,loadingandothermechanicalwork，whichisdifferentfromdieselenginediffersinthef

5、ollowingareas:Explosion-proofdieselenginehavestrictrulesonthebodysurfacetemperature;Theintakeandexhaustsystemsequippedwithflamearresterdevice;Theexhaustsystemequippedwithexhaustgastreatmentplant;Ithasstop-protectiondevice.Andexplosion-proofdieselincreaseofexplosion-proofcomp

6、onentsinexhaustsystem,whichbringexhaustresistance、lowerpowerandtorque.Meanwhile,duetotheunreasonablestructuraldesignandmargintoomuchofexplosion-proofcomponents,forusewiththeexplosion-proofdieselenginevehicleshasbroughtalotofinconvenience.Basedonatypeofsix-cylinderexplosion-p

7、roofdieselengineexhaustsystemastheresearchobject,Accordingtotheexplosion-proofdieselengineisfoundsomeoftheproblemsandtheresearchstatusofexhaustsystem,Istudiedtheexhaustmanifoldwithwaterjacketedandexhaustgaspurificationtanktothedesignandstructureimprovementoftheexplosion-proo

8、fdieselexhaustsystemprovidethebasisinthefuture.Thisarticlemainworkincludes: