【摘要】：發(fā)動(dòng)機(jī)作為能夠?qū)崿F(xiàn)熱功轉(zhuǎn)換的熱動(dòng)力機(jī)械,已經(jīng)在我們的日常生活中得到廣泛應(yīng)用。受到能源危機(jī)和排放法規(guī)的影響,越來(lái)越多的新技術(shù)被應(yīng)用的發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)中,以減重減排、降低油耗、提升功率,這也導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)的熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷急劇增加,對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和安全性造成了很大的影響。為了將這些負(fù)面影響降至最低,需要在設(shè)計(jì)階段就考慮降低發(fā)動(dòng)機(jī)的熱負(fù)荷,使機(jī)體工作在適宜的溫度區(qū)間內(nèi),并保證熱機(jī)耦合強(qiáng)度和疲勞安全系數(shù)均達(dá)標(biāo)。數(shù)值模擬作為一種快捷、準(zhǔn)確、低成本的研究方法,在發(fā)動(dòng)機(jī)水套設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核的過程中已得到廣泛應(yīng)用。本文以某三缸渦輪增壓汽油發(fā)動(dòng)機(jī)作為研究對(duì)象,運(yùn)用Star-ccm+和ABAQUS等軟件,實(shí)現(xiàn)了從水套流場(chǎng)CFD分析到流固耦合溫度分析再到熱機(jī)耦合強(qiáng)度分析和疲勞安全系數(shù)校核的多場(chǎng)聯(lián)合仿真,并對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析,改進(jìn)水套的結(jié)構(gòu)。主要工作內(nèi)容有以下幾點(diǎn):(1)使用GT-Suite軟件建立整車?yán)鋮s系統(tǒng)一維模型,輸入各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算,得到水套三維流場(chǎng)分析的邊界條件。使用Star-ccm+進(jìn)行流場(chǎng)的三維CFD仿真,分析結(jié)果并對(duì)水套進(jìn)行初步優(yōu)化。(2)對(duì)改進(jìn)后的水套-機(jī)體進(jìn)行流固耦合傳熱分析,基于計(jì)算結(jié)果再次對(duì)水套結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn),降低缸體缸蓋的最高溫度。為驗(yàn)證改進(jìn)的合理性,在ABAQUS軟件中進(jìn)行了熱機(jī)耦合強(qiáng)度分析,發(fā)現(xiàn)機(jī)體的應(yīng)力滿足要求;隨后使用FEMFAT進(jìn)行高周疲勞分析,結(jié)果表明缸體的疲勞安全系數(shù)不滿足設(shè)計(jì)要求,水套結(jié)構(gòu)需要得到更深層次的優(yōu)化。(3)對(duì)多組優(yōu)化方案進(jìn)行仿真分析,最終確定在缸間增加缸墊孔。該方案不僅改善了水套內(nèi)冷卻液流動(dòng),降低了機(jī)體的最高溫度,也滿足了耦合強(qiáng)度要求和疲勞安全系數(shù)校核指標(biāo)。綜上所述,本文通過對(duì)水套和機(jī)體進(jìn)行一系列的耦合仿真分析,發(fā)現(xiàn)了水套設(shè)計(jì)中的缺陷和不足,有效地對(duì)水套結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn),解決了發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體溫度過高的問題,并保證機(jī)體的強(qiáng)度達(dá)標(biāo)。可見通過數(shù)值分析手段可以有效地節(jié)省開發(fā)成本,加快研發(fā)進(jìn)程,縮短項(xiàng)目周期。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TK402
【圖文】：

機(jī)機(jī)體的最高溫度，同時(shí)保證機(jī)體的疲勞安te 軟件中建立整車?yán)鋮s系統(tǒng)的一維模型，設(shè)置到水套進(jìn)出口的流動(dòng)邊界條件�；l(fā)動(dòng)機(jī)水套幾何模型，生成可供計(jì)算使用的析，提出改進(jìn)意見化發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)幾何模型，生成可供計(jì)算使用的分析結(jié)果以供后續(xù)優(yōu)化參考；導(dǎo)出固體域的強(qiáng)度計(jì)算的機(jī)體 FEA 網(wǎng)格模型，將上述溫度場(chǎng)載荷，在 ABAQUS 軟件中進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算行高周疲勞安全系數(shù)校核。溫度場(chǎng)計(jì)算結(jié)果和疲勞安全系數(shù)計(jì)算結(jié)果修正散熱。程與所采用的技術(shù)路線如圖 1.1 所示。

重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文都采用水冷系統(tǒng)，只有少數(shù)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)采用風(fēng)冷系統(tǒng)[46][47]。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的水冷系統(tǒng)均為強(qiáng)制循環(huán)水冷系統(tǒng)，即利用水泵提高冷卻管路內(nèi)的壓力，強(qiáng)迫冷卻液在管路內(nèi)循環(huán)流動(dòng)。典型的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)包括散熱器、風(fēng)扇、冷卻液膨脹箱、節(jié)溫器、水泵、發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋和缸體內(nèi)部的水套及其他管路和附加裝置。

2 發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)一維分析2.3 冷卻系統(tǒng)一維分析模型的簡(jiǎn)化與建模2.3.1 發(fā)動(dòng)機(jī)水套模型的簡(jiǎn)化首先，在一維計(jì)算中，發(fā)動(dòng)機(jī)水套是冷卻系統(tǒng)中的通路，根據(jù)其自身的流量壓降性質(zhì)影響著冷卻系統(tǒng)中的流量和流阻。發(fā)動(dòng)機(jī)水套內(nèi)部形狀多變，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。在一維分析中，并不需要精確保留水套的原始結(jié)構(gòu)特征，而是將其簡(jiǎn)化為壓降模型，即只需要輸入其特有的流量-壓降曲線便可進(jìn)行計(jì)算。本文所分析的機(jī)型缸體、缸蓋的水套相對(duì)獨(dú)立，只是共用一個(gè)進(jìn)口，因此將二者分開，各自簡(jiǎn)化成一個(gè)壓降模型，分別輸入對(duì)應(yīng)的流量-壓降曲線。該曲線由三維 CFD 分析計(jì)算、插值而來(lái)，如下圖 2.2、2.3 所示。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 黃蓓蕾;;發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的作用、原理及檢漏分析[J];汽車維修;2015年09期

2 谷芳;吳華杰;崔國(guó)起;;基于VOF兩相流的缸蓋過冷沸騰模型及試驗(yàn)驗(yàn)證[J];內(nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào);2014年04期

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6 肖

本文編號(hào)：2770127