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基于CFD的化雪融冰装置内气流场与温度场研究
| 论文题名： | 基于CFD的化雪融冰装置内气流场与温度场研究 |
| 关键词： | 除雪融冰车;化雪融冰装置;内气流场;温度场;计算流体动力学 |
| 摘要： | 化雪融冰装置作为除雪融冰车的核心部件，对除雪融冰车性能起着决定作用，国内外对各种类型化雪融冰装置的研究都处于初步阶段，作业效率和燃料利用率是化雪融冰装置两个重要性能指标，化雪融冰装置高效可靠地运行是研发部门追求的目标，由于传统开发产品普遍采用经验和类比方法进行设计，存在很大的盲目性，产品性能也只能通过反复试制试验来检验，存在产品开发周期长、研发费用高等问题。随着计算机技术快速发展和计算流体力学的广泛应用，将计算流体力学应用于化雪融冰装置开发成为可能。本文以CFD的理论基础，利用ANSYS软件对化雪融冰装置的流体进行了热-流体耦合分析。 首先，确定流体分析区域，运用Pro/E软件创建化雪融冰装置流体CAD模型，并将其模型导入ANSYS中，对化雪融冰装置流体进行热-流体耦合分析。由于化雪融冰装置结构复杂和计算机硬件限制，对化雪融冰装置进行热-流体耦合分析时，存在分析时间过长甚至无法完成分析等问题。为此，对燃烧室外壳与大气之间的散热过程进行了仿真，仿真结果表明：燃烧室外壳的内、外层钢板对燃烧室内部高温气体隔热作用很小，建立流体分析模型时，在确保计算精度的前提下，将燃烧室内外侧钢板去除从而大幅减小计算规模。 其次，确定涡流风机、直燃式燃烧机和空气压缩机等在额定工况下工作时的流体分析模型的载荷及边界条件，对化雪融冰装置流场进行了数值模拟，得到了化雪融冰装置内部及出口气流的速度、温度、湍流动能及损失。仿真结果表明：化雪融冰装置内部气流运动过程中产生了漩涡流场，从而导致了湍流动能损失；经直燃机加热的高温气体与高压热交换管之间的热交换效率较低，导致化雪融冰装置热效率较低以及燃烧室出口气流速度和温度分布不尽合理，使装置无法高效率融冰等缺陷。 最后，提出提高融雪效率和减少油耗的结构改进方案，将化雪融冰装置结构改进前后的性能进行了对比分析。分析结果表明：火罩等零部件的安装位置、形状和尺寸影响燃烧室内部气流的速度和温度分布，合理的火罩结构可以减少湍流动能损失、改善温度场、速度场分布，改善化雪融冰装置性能。本文的研究成果对化雪融冰装置的开发具有一定的借鉴意义。 |
| 作者： | 韩振 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 石沛林;王军伟 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 山东理工大学 |
| 学位年度： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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