本文關(guān)鍵詞：柴油機(jī)活塞內(nèi)冷油腔換熱特性的研究

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【摘要】：活塞作為內(nèi)燃機(jī)重要的零部件之一,它在承受巨大的機(jī)械負(fù)荷的同時(shí),其頂面還要受高溫燃?xì)獾闹芷谛约訜嶙饔?高熱負(fù)荷使其成為了發(fā)動(dòng)機(jī)中故障最多的零部件之一。若活塞溫度過(guò)高會(huì)造成活塞環(huán)卡死、潤(rùn)滑油結(jié)膠、活塞的局部斷裂或變形等。因此研究活塞的振蕩冷卻和溫度場(chǎng)是十分必要的。本文采用了試驗(yàn)與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,研究各因素對(duì)內(nèi)冷油腔流動(dòng)和換熱特性的影響;且對(duì)設(shè)計(jì)的不同形狀內(nèi)冷油腔的換熱特性進(jìn)行對(duì)比;最后對(duì)有、無(wú)內(nèi)冷油腔和不同形狀內(nèi)冷油腔的活塞進(jìn)行了溫度場(chǎng)分析。得到結(jié)果如下:(1)針對(duì)某柴油機(jī)活塞4D,試驗(yàn)與數(shù)值模擬研究了不同噴油壓力下的機(jī)油流量,并通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了數(shù)值模擬的結(jié)果。研究結(jié)果表明:在不同噴油壓力下通過(guò)內(nèi)冷油腔的機(jī)油量隨著曲軸轉(zhuǎn)角的變化呈現(xiàn)出先增加后減小的趨勢(shì);試驗(yàn)值與模擬值相對(duì)誤差控制在6%以下,數(shù)值模擬的結(jié)果具有一定可信性;內(nèi)冷油腔前側(cè)截面的機(jī)油速度小于后側(cè)截面的;油腔前側(cè)壁面的機(jī)油體積分?jǐn)?shù)高于后側(cè)壁面的。(2)對(duì)活塞振蕩冷卻的研究表明:隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的增加,機(jī)油捕捉率和填充率有所降低,但內(nèi)冷油腔壁面的循環(huán)平均換熱系數(shù)卻有所提高,說(shuō)明高頻振蕩可以強(qiáng)化換熱;隨著噴油速度的增加,機(jī)油捕捉率和填充率隨之增大,內(nèi)冷油腔壁面的平均換熱系數(shù)整體上有所升高;隨著機(jī)油溫度的升高,機(jī)油捕捉率和填充率增加,但捕捉率的變化范圍不大,內(nèi)冷油腔壁面的平均換熱系數(shù)有所下降;隨著出油口截面積的增大,機(jī)油動(dòng)態(tài)捕捉率和內(nèi)冷油腔壁面的平均換熱系數(shù)整體上有所提高,但填充率下降;進(jìn)油口的幾何形狀越合理,機(jī)油的捕捉率、填充率和油腔壁面的循環(huán)換熱系數(shù)就會(huì)越高;與中凸形的內(nèi)冷油腔相比,柱形的換熱效果要好;普通與特殊結(jié)構(gòu)的油腔換熱效果作對(duì)比,波浪形2普通形波浪形1;對(duì)比5種不同形狀的內(nèi)冷油腔換熱效果,柱形波浪形2普通形中凸形波浪形1,但在一般實(shí)際工程中不會(huì)采用柱形。(3)對(duì)普通形內(nèi)冷油腔、無(wú)內(nèi)冷油腔、帶有波浪形2內(nèi)冷油腔的活塞進(jìn)行溫度場(chǎng)分析,研究結(jié)果表明:這三種活塞的整體溫度分布均是從上而下逐漸降低,溫度梯度也隨之減小,活塞頂部的溫度相對(duì)其他部位較高,活塞的最高溫度和最低溫度分別分布在燃燒室邊緣處和活塞裙部下端內(nèi)側(cè);與無(wú)內(nèi)冷油腔相比,加入油腔后內(nèi)冷油腔帶走活塞頭部的部分熱量,活塞冷卻效果得到增強(qiáng),環(huán)岸和第二環(huán)槽區(qū)降溫最為明顯,燃燒室、內(nèi)腔頂部次之,裙部下端降溫最少;與普通形內(nèi)冷油腔活塞相比,鑄有波浪形2內(nèi)冷油腔的活塞溫降大體上在3℃左右。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)化程度的提高,建議某發(fā)動(dòng)機(jī)公司更改活塞4D的內(nèi)冷結(jié)構(gòu)為波浪形2。
【關(guān)鍵詞】：活塞 內(nèi)冷油腔 振蕩冷卻 強(qiáng)化換熱 溫度場(chǎng)
【學(xué)位授予單位】：山東理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TK423
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-17
• 1.1 課題背景及意義11
• 1.2 活塞噴油冷卻方式的研究與比較11-14
• 1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-16
• 1.4 本文的主要研究?jī)?nèi)容及方法16-17
• 第二章 活塞內(nèi)冷油腔流量試驗(yàn)17-22
• 2.1 活塞內(nèi)冷油腔流量試驗(yàn)臺(tái)17-18
• 2.2 試驗(yàn)過(guò)程18
• 2.3 試驗(yàn)結(jié)果18-19
• 2.4 試驗(yàn)結(jié)果分析19-21
• 2.5 本章小結(jié)21-22
• 第三章 活塞內(nèi)冷油腔流量的數(shù)值模擬22-31
• 3.1 幾何模型22-23
• 3.2 網(wǎng)格模型23-24
• 3.3 多相流模型24-26
• 3.3.1 VOF模型25-26
• 3.3.2 歐拉模型26
• 3.3.3 混合模型26
• 3.4 Fluent參數(shù)設(shè)置26-27
• 3.4.1 模型選擇26-27
• 3.4.2 邊界條件設(shè)置27
• 3.4.3 初始化27
• 3.5 數(shù)值模擬結(jié)果與分析27-30
• 3.5.1 模擬與試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比27-28
• 3.5.2 內(nèi)冷油腔內(nèi)機(jī)油的流動(dòng)與分布28-30
• 3.6 本章小結(jié)30-31
• 第四章 活塞振蕩冷卻的數(shù)值模擬31-58
• 4.1 動(dòng)網(wǎng)格模型31-32
• 4.1.1 彈簧近似光滑模型31-32
• 4.1.2 動(dòng)態(tài)分層模型32
• 4.1.3 局部重劃模型32
• 4.2 Fluent參數(shù)設(shè)置32-34
• 4.2.1 模型的選擇33
• 4.2.2 邊界條件33
• 4.2.3 動(dòng)網(wǎng)格模型的選擇33-34
• 4.3 內(nèi)冷油腔流動(dòng)特性的評(píng)估參數(shù)34
• 4.3.1 動(dòng)態(tài)捕捉率34
• 4.3.2 機(jī)油填充率34
• 4.4 活塞振蕩冷卻的數(shù)值模擬結(jié)果與分析34-51
• 4.4.1 不同曲軸轉(zhuǎn)角下內(nèi)冷油腔壁面的機(jī)油分布情況35-36
• 4.4.2 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)內(nèi)冷油腔流動(dòng)與換熱特性的影響36-40
• 4.4.3 噴油速度對(duì)內(nèi)冷油腔流動(dòng)與換熱特性的影響40-43
• 4.4.4 機(jī)油溫度對(duì)內(nèi)冷油腔流動(dòng)與換熱特性的影響43-47
• 4.4.5 出油口截面積對(duì)內(nèi)冷油腔流動(dòng)與換熱特性的影響47-49
• 4.4.6 進(jìn)油口的幾何形狀對(duì)內(nèi)冷油腔流動(dòng)與換熱特性的影響49-51
• 4.5 不同形狀內(nèi)冷油腔設(shè)計(jì)與對(duì)比51-56
• 4.5.1 柱形與中凸形對(duì)比51-54
• 4.5.2 普通形與波浪形對(duì)比54-55
• 4.5.3 不同形狀的內(nèi)冷油腔對(duì)比55-56
• 4.6 本章小結(jié)56-58
• 第五章 對(duì)比不同形狀內(nèi)冷油腔的活塞溫度場(chǎng)58-66
• 5.1 活塞有限元模型58
• 5.2 活塞熱邊界條件58-60
• 5.3 活塞溫度場(chǎng)分析60-64
• 5.4 本章小結(jié)64-66
• 第六章 結(jié)論與展望66-69
• 6.1 結(jié)論66-68
• 6.2 展望68-69
• 參考文獻(xiàn)69-73
• 在讀期間公開(kāi)發(fā)表的論文73-74
• 致謝74

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 許寶余;;柴油機(jī)活塞三維溫度場(chǎng)數(shù)值計(jì)算與分析[J];江蘇船舶;2013年01期

2 王任信;陸健;李國(guó)祥;;活塞噴油冷卻流場(chǎng)數(shù)值模擬[J];現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備;2010年05期

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本文編號(hào)：1069724