矿用防爆柴油机废气处理箱结构设计开题报告

开 题 报 告1结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写 2000 字左右的文献综述：文 献 综 述我这次毕业课题选的是矿用防爆柴油机废气处理箱结构设计，我国是一个以煤炭为主要能源的国家，由于柴油机具有体积小巧、使用方便、灵活，在煤矿井下适应性强等优点，所以柴油机在煤矿井下的使用范围广泛，同时也会带来一系列的困扰。柴油机在运行过程中有两个特点：运行过程中会释放大量的 CO，氮氧化物以及固体颗粒物等有害物质，对长时间处于这种高污染的环境下工作的煤矿工人的身体健康造成了很大的危害。煤矿下通风条件有限，矿井中积聚的瓦斯不能及时、完全地排出，而且普通发动机排气温度在 650以上，其排出的高温高压废气中还有大量燃烧未尽的火焰与火花，容易点燃井下的瓦斯 1。鉴于以上两点，矿用防爆柴油机必须解决好柴油机的防爆，冷却降温，废气净化，自动保护等难题。随着我国矿井生产机械化程度的提高，防爆柴油机凭借其高热效率、低油耗，以及安全、灵活等优点，在矿井运输牵引动力方面占据了越来越重要的位置。从上世纪40 年代起，国外就开始了将柴油机牵引车用于井下的研究，近几十年来一柴油机为动力的内燃机车在国外许多煤矿和非煤矿业中已逐步采用。据上世纪 80 年代统计资料表明，使用柴油机牵引车的比例在西方国家已超过 50%。经过最近 20 多年的发展，采用比例及技术都得到了进一步的提高，目前已发展了初步完善的各个系列的不同功率防爆柴油机 12。在德国、英国等国家，煤矿井下辅助运输设备大多使用防爆柴油机，凭借其一流的辅助运输设备，极大地提高了开采效率，也更好的保障了井下安全。防爆柴油机一般在井下使用为地下开采服务，通常工作在可能会存在易燃易爆气体的场所，由于柴油机工作过程中可能产生进气回火，且排气中含有高温颗粒，易点燃工作场所的易燃气体。在柴油机的进排气系统上加装近排气防爆栅栏等防爆辅助装置，可有效熄灭回火，从而提高防爆柴油机的工作安全性 9。目前，国内与国外对于柴油机废气处理箱的研究很多，无论是在功能用途，还是外形优化上边都有着出色的设计，但是还有很多不足的地方需要我们来完善优化。柴油机尾气的冷却与降温柴油机燃烧产生大量热量，仅有 33转为曲轴功率，约有 30要通过冷却系统加以消散，另有 7从柴油机表面直接散发到大气中，剩余的 30则要通过废气排掉，而且排出的尾气中依然存在大量未燃尽的火焰与火花，如果处理不彻底，造成的后果不堪设想，现在常用的冷却与降温的方法是通过循环水冷却以及电子扇工作散热，这些传统的冷却方法对于柴油机机体的冷却还容易做到，但是对于尾气的冷却确是十分困难的，除了对柴油机的尾气进行降温的同时，还需要除去废气中带有的火焰与火花，这就需要我们更近一步的设计与研究。废气的净化柴油机排出的废气中，含有大量的 CO，氮氧化物以及固体颗粒物等，这些物质对井下工人的健康都是有极大的危害，2016 年 6 月，世界卫生组织专家认定柴油机尾气具有与烟草程度相近的致癌性，将其从 2A 组移至 1 组 3。除了对人体健康的伤害，当柴油机废气排放到矿井中并与煤矿中的瓦斯气体混合，遇到高温高压以及明火等的情况十分容易发生爆炸事件，更不用说柴油机废气中含有大量的火焰与火花，因此，对于柴油机尾气的净化要做到以下三点：对柴油机废气中的固体颗粒物进行过滤与净化，不得使固体颗粒物进入空气中，以防危害煤矿工人的身体健康。去除柴油机废气中的火焰与火花，利用火焰捕捉器或者其他结构简单方便的方法，彻底出去废气中的明火，以防有火焰、火花出现，引发矿井下瓦斯爆炸等重大安全事故。净化柴油机废气中大量的 CO、氮氧化物等有毒有害气体，NO x为 NO 和 NO2这两种物质的混合物，它对人体的影响是刺激肺部产生积液和呼吸困难，其中 NO2危害性最大，但所幸在废气中它的浓度较低，SO 2的影响较小，燃料中含有单质 S，近 90变成废气中的 SO2，其余呈游离 S 颗粒被排出，CO 是一种致命气体，它附在血液中的血红蛋白上，阻碍氧附着，使人窒息死亡，HC 代表废气中的碳氢化合物，其中有一些为机械排出的未经反应的燃料分子，有些则是燃料分子的分解形式，而另一些是重新结合分子，后者包括一种或多种醛，它们同样对肺有刺激 5。我们所要做的就是利用各种废气处理液，经过多次反应与过滤生成与人体无害的气体，排放到空气中。本次我们所要进行的研究就是要把柴油机废气通过一系列的反应、过滤以及冷却降温，使得柴油机废气满足国际废气排放标准，并且尽可能使矿用防爆柴油机废气处理箱的结构简单小巧，不阻碍柴油机正常工作，确保矿工的工作安全高效。同时提高井下空气质量的监测能力，适当增加巷道通风量和合理的布置通风系统也是保证煤矿安全生产和工人健康工作的基本途径。参考文献：学术会议论文集 1戴绍，李世文高产高效综合机械化采煤技术与装备矿井开采技术M北京煤炭工业出版社19982申进杰煤矿井下防爆柴油机排放污染的控表J煤矿机械200930（8）：57-593张栋林地下铲运机M北京冶金工业出版社20024藤田明广，天竺茂发动机排气系统PCN：1431390A2003（7）5刘龚俊内燃机的排放与控制M北京机械工业出版社2005：6156高梦熊地下装载机结构设计与应用M北京冶金工业出版社20027郭燕婵浅析防爆柴油机 CO,NOx的排放J河北煤炭2003（3）8郭晶青在用柴油车治理“戴口罩”难治病J中国汽车报2007（12）9周磊，王伯光等重型柴油车对空气质量的影响及其排放的控制J环境科学2011，32（8）：217910何烈秋防爆柴油机研制概况J湖北大学邵阳分校学报1991（5）171911鞠子聪S1100FB 防爆柴油机的研制J河北煤炭1998（4）394612王桂梅，刘殿辉，段楠防爆柴油机的研制现状及需求J矿山机械2000（4）：6213冯茂林，李静防爆柴油机排气系统研究D北京北京科技大学200714马春泉井下防爆轨道机车的特点和发展J煤炭自动化1998（16）15王桂梅，刘殿辉等防爆柴油机炭烟排放预测模型J煤炭学报2001（4）：182185 开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：我所研究的课题是矿用防爆柴油机废气处理箱结构设计，在设计时，需考虑一下几个方面的问题：进气和排气防爆问题；提高冷却系统的冷却能力；废弃的进化问题。以使柴油机的表面温度不超过 150，这样可以对柴油机的整体进行结构优化，对各系统进行合理安排，从而达到减小整机尺寸的目的。在对防爆柴油机废气处理箱进行研究时，需要用到流体力学，工程热力学，传热学的相关知识及理论方法。设计实验，对理论研究和数值模拟提供必要的条件。应用FLUENT 软件对计算结果进行模拟分析及验证。本课题主要研究步骤如下：第一步：根据流体力学，工程热力学，传热学的基本理论知识，对防爆柴油机废气处理箱内部的换热机理进行深入的研究，分析质交换、热交换及动量交换。建立废气处理箱 热力学模型，进行换热计算并验证换热效果。第二步：根据研究的需要，设计实验项目，并进行台架性能实验。通过实验测得大量实验数据，验证原有废气处理箱的换热效果。应用 MATLAB 等软件进行数据处理，并与理论数据相比较，验证理论模型的正确性，并得出一些重要结论。通过数据为应用FLUENT 模拟所需要的边界条件提供数据。第三步：在实验中发现原有废气处理箱的不足，提出改进方案，并通过实验验证新方案的可行性和有效性，效果比较满意。第四步：对 AQS105FB 型防爆柴油机废气处理箱建立数学模型，适当的简化模型，应用FLUENT 软件对废气处理箱进行流体分析，得出一些结论，并根据得出的结论对原有结构的不足提出改进方案。第五步：对废气处理箱中废气处理过程进行分析研究，探讨废气处理效果，并对加装废气净化器进行可行性分析。开 题 报 告指导教师意见：该生在开题报告撰写过程中积极查阅相关文献资料，在了解矿用防爆柴油机废气处理箱结构设计相关国家标准的前提下，明确了煤矿用防爆柴油机废气处理箱的设计特点及性能要求。文献综述部分能够较为系统地阐述煤矿机械所处的工作环境及其对柴油机的防爆要求，排气系统应满足的降温及对尾气的稀释等功能，并通过现状分析说明了当前防爆柴油机所采用的干式和湿式排气系统及相关研究方法，为后续课题开展作了准备。通过总结分析，该生对废气处理箱结构及工作原理有了初步了解，整体思路比较清晰，工作量适中，方法可行。开题报告内容比较详实，书写规范，符合开题报告撰写相关要求。鉴于此，同意该生开题并进行下一步设计工作。指导教师： 年 月 日所在系审查意见：系主任： 年 月 日附件：参考文献格式学术期刊 作者论文题目期刊名称，出版年份，卷(期)：页次如果作者的人数多于 3 人，则写前三位作者的名字后面加“等” ，作者之间以逗号隔开。例如：1 李峰，胡征，景苏等. 纳米粒子的控制生长和自组装研究进展. 无机化学学报， 2001, 17(3): 3153242 J.Y.Li, X.L.Chen,H.Li. Fabrication of zinc oxide nanorods. Journal of Crystal Growth, 2001,233:57学术会议论文集 作者论文题目文集编者姓名学术会议文集名称，出版地：出版者，出版年份：页次例如：3 司宗国，谢去病，王群重子湮没快度关联的研究见赵维勤，高崇寿编第五届高能粒子产生和重离子碰撞理论研讨会文集，北京：中国高等科学技术中心，1996：105图书 著者书名版本出版地：出版者，出版年页次如果该书是第一版则可以略去版次。例如：4韩其智，孙洪洲群论北京：北京大学出版社，1987101预印本 作者论文题目预印本编号（出版年份）例如：5Xiaofeng Guo and Jianwei QiuThe leading power corrections to the structure functionshepph/9810548(1998)学位论文 作者论文题目学士(或硕士、博士 )学位论文. 出版地：出版者，出版年份例如：6 陈异. 纳米粒子形貌控制研究. 硕士学位论文. 北京：中国科学院, 2002电子文献 主要责任者. 电子文献题名电子文献的出处或可获地址. 发表或更新日期例如：7 王明亮. 关于中国学术期刊标准化数据库系统工程的进展. http:/www.caycd.edu.cn/pub/wml.txt/980810-2.html, 1998-08-16专利 专利所有者. 专利名称. 专利国别：专利号，日期.例如：8 姜锡洲.一种温热外敷药制备方案. 中国专利：881056073，1989-07-26.