【摘要】：隨著柴油機(jī)不斷向高燃燒壓力、高功率密度方向發(fā)展,現(xiàn)代柴油機(jī)關(guān)鍵零部件熱負(fù)荷問題日趨嚴(yán)重。氣缸蓋作為柴油機(jī)工作環(huán)境極為惡劣的的關(guān)鍵零部件之一,在柴油機(jī)實(shí)際工作過程中承受著極高的熱負(fù)荷,受熱問題尤為嚴(yán)重,這會(huì)嚴(yán)重影響柴油機(jī)工作的可靠性和使用的耐久性。因此,在現(xiàn)代柴油機(jī)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)和改進(jìn)過程中,精確地預(yù)測和評(píng)價(jià)柴油機(jī)氣缸蓋的換熱狀態(tài)以及合理準(zhǔn)確地控制其熱負(fù)荷具有重要的研究意義。本文以某四缸水冷式柴油機(jī)為研究對(duì)象,開展了柴油機(jī)氣缸蓋溫度場試驗(yàn),柴油機(jī)氣缸蓋內(nèi)流動(dòng)換熱模擬研究以及氣缸蓋冷卻水腔的結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)。主要內(nèi)容如下:(1)在氣缸蓋火力面溫度較高和溫度梯度較大的區(qū)域布置20個(gè)溫度測點(diǎn)并完成硬度塞的安裝,在標(biāo)定工況下對(duì)氣缸蓋溫度場進(jìn)行測溫試驗(yàn),獲得氣缸蓋溫度場分布。結(jié)果表明:第三缸火力面兩排氣門“鼻梁”區(qū)的測點(diǎn)14溫度最高,達(dá)到580 K,火力面排氣道側(cè)測點(diǎn)溫度均在550 K以上,火力面進(jìn)氣道側(cè)測點(diǎn)溫度均在550 K以下。因此,測溫試驗(yàn)結(jié)果符合火力面“鼻梁”區(qū)溫度最高,火力面排氣道側(cè)溫度普遍比進(jìn)氣道側(cè)高的實(shí)際情況。(2)采用ProE軟件建立了柴油機(jī)氣缸體、氣缸蓋、進(jìn)排氣道等三維模型,應(yīng)用STAR-CCM+軟件分別對(duì)冷卻系統(tǒng)的流體域和固體域進(jìn)行網(wǎng)格劃分。在相同邊界條件下分別采用傳統(tǒng)對(duì)流換熱模型和歐拉兩相流沸騰換熱模型,對(duì)氣缸蓋流場與溫度場進(jìn)行數(shù)值模擬,對(duì)比氣缸蓋火力面各測點(diǎn)的測量值與計(jì)算值。結(jié)果表明:傳統(tǒng)對(duì)流換熱模型的計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)測量值的部分誤差大于5%,與試驗(yàn)值偏離較大;歐拉兩相流沸騰換熱模型計(jì)算誤差均小于5%,計(jì)算結(jié)果更加接近試驗(yàn)值。歐拉兩相流沸騰換熱模型的計(jì)算結(jié)果更加符合氣缸蓋內(nèi)冷卻液流動(dòng)與換熱的實(shí)際狀況。(3)基于歐拉兩相流沸騰換熱模型,對(duì)氣缸蓋冷卻水腔內(nèi)兩相流沸騰換熱的流場、壓力場、溫度場等進(jìn)行了分析。結(jié)果表明:氣缸蓋冷卻水腔內(nèi)冷卻液流速、流量分布不均,因上水孔布置不合理,造成冷卻水腔鼻梁區(qū)存在流速小于0.5 m?s~(-1)的低流速區(qū)和流動(dòng)死區(qū);因冷卻液流動(dòng)存在慣性作用以及冷卻水腔容積較大,導(dǎo)致氣缸蓋冷卻水腔底部冷卻液流量較小。冷卻液流速、流量分布不均造成氣缸蓋冷卻水腔局部溫度較高以及出現(xiàn)大片高溫區(qū)。在柴油機(jī)實(shí)際運(yùn)行過程中容易出現(xiàn)熱疲勞等問題,對(duì)機(jī)體造成一定損害。(4)針對(duì)原機(jī)氣缸蓋冷卻水腔存在的問題,對(duì)氣缸蓋冷卻水腔進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì),提出了兩種改進(jìn)方案,通過流場、溫度場對(duì)改進(jìn)方案進(jìn)行了具體的評(píng)價(jià)。結(jié)果表明:兩種改進(jìn)方案在一定程度上均提高了冷卻水腔鼻梁區(qū)的流速,降低了高溫區(qū)域的熱負(fù)荷。相對(duì)于原機(jī),方案1、方案2最大流速分別提高了0.16 m?s~(-1)、0.27 m?s~(-1),低流速區(qū)和流動(dòng)死區(qū)面積進(jìn)一步減小,最高溫度降低了1.85 K、4.05 K,高溫面積進(jìn)一步減小。通過流場和溫度場的對(duì)比分析,方案2在改善低流速區(qū)和降低高溫區(qū)域熱負(fù)荷方面具有良好效果,改進(jìn)方案為氣缸蓋冷卻水腔的改進(jìn)設(shè)計(jì)提供了參考范例。
【圖文】：

文章主要內(nèi)容框圖

測溫的關(guān)鍵為硬度塞的加工，硬度塞測溫的精度與制作以在制作硬度塞材料的選擇上具有特定的要求。要求材材料的金相顯微組織和化學(xué)成分均勻，無軟點(diǎn)和硬點(diǎn)；硬度能長期保持在穩(wěn)定和均勻的狀態(tài)，通常要求：材料直線或者近似成線性關(guān)系；材料處在同一回火溫度下，，可能保持處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)[55,56]。目前，研究人員制作軸承鋼。依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)件（GB73-66）平端緊固螺釘?shù)男螤罴庸�，尺安裝于氣缸蓋，對(duì)氣缸蓋表面破壞較小，較易鉚緊，其要求[57,58]。試驗(yàn)用硬度塞如圖 2.1 所示。
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TK421.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2709714