【摘要】：發(fā)動機作為能夠實現熱功轉換的熱動力機械,已經在我們的日常生活中得到廣泛應用。受到能源危機和排放法規(guī)的影響,越來越多的新技術被應用的發(fā)動機的設計中,以減重減排、降低油耗、提升功率,這也導致發(fā)動機的熱負荷和機械負荷急劇增加,對發(fā)動機的性能和安全性造成了很大的影響。為了將這些負面影響降至最低,需要在設計階段就考慮降低發(fā)動機的熱負荷,使機體工作在適宜的溫度區(qū)間內,并保證熱機耦合強度和疲勞安全系數均達標。數值模擬作為一種快捷、準確、低成本的研究方法,在發(fā)動機水套設計和強度校核的過程中已得到廣泛應用。本文以某三缸渦輪增壓汽油發(fā)動機作為研究對象,運用Star-ccm+和ABAQUS等軟件,實現了從水套流場CFD分析到流固耦合溫度分析再到熱機耦合強度分析和疲勞安全系數校核的多場聯合仿真,并對結果進行分析,改進水套的結構。主要工作內容有以下幾點:(1)使用GT-Suite軟件建立整車冷卻系統(tǒng)一維模型,輸入各項參數進行計算,得到水套三維流場分析的邊界條件。使用Star-ccm+進行流場的三維CFD仿真,分析結果并對水套進行初步優(yōu)化。(2)對改進后的水套-機體進行流固耦合傳熱分析,基于計算結果再次對水套結構進行改進,降低缸體缸蓋的最高溫度。為驗證改進的合理性,在ABAQUS軟件中進行了熱機耦合強度分析,發(fā)現機體的應力滿足要求;隨后使用FEMFAT進行高周疲勞分析,結果表明缸體的疲勞安全系數不滿足設計要求,水套結構需要得到更深層次的優(yōu)化。(3)對多組優(yōu)化方案進行仿真分析,最終確定在缸間增加缸墊孔。該方案不僅改善了水套內冷卻液流動,降低了機體的最高溫度,也滿足了耦合強度要求和疲勞安全系數校核指標。綜上所述,本文通過對水套和機體進行一系列的耦合仿真分析,發(fā)現了水套設計中的缺陷和不足,有效地對水套結構進行了改進,解決了發(fā)動機機體溫度過高的問題,并保證機體的強度達標�？梢娡ㄟ^數值分析手段可以有效地節(jié)省開發(fā)成本,加快研發(fā)進程,縮短項目周期。
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TK402
【圖文】：

機機體的最高溫度，同時保證機體的疲勞安te 軟件中建立整車冷卻系統(tǒng)的一維模型，設置到水套進出口的流動邊界條件。化發(fā)動機水套幾何模型，生成可供計算使用的析，提出改進意見化發(fā)動機整機幾何模型，生成可供計算使用的分析結果以供后續(xù)優(yōu)化參考；導出固體域的強度計算的機體 FEA 網格模型，將上述溫度場載荷，在 ABAQUS 軟件中進行強度計算行高周疲勞安全系數校核。溫度場計算結果和疲勞安全系數計算結果修正散熱。程與所采用的技術路線如圖 1.1 所示。

重慶大學碩士學位論文都采用水冷系統(tǒng)，只有少數汽車發(fā)動機采用風冷系統(tǒng)[46][47]。汽車發(fā)動機的水冷系統(tǒng)均為強制循環(huán)水冷系統(tǒng)，即利用水泵提高冷卻管路內的壓力，強迫冷卻液在管路內循環(huán)流動。典型的發(fā)動機冷卻系統(tǒng)包括散熱器、風扇、冷卻液膨脹箱、節(jié)溫器、水泵、發(fā)動機缸蓋和缸體內部的水套及其他管路和附加裝置。

2 發(fā)動機冷卻系統(tǒng)一維分析2.3 冷卻系統(tǒng)一維分析模型的簡化與建模2.3.1 發(fā)動機水套模型的簡化首先，在一維計算中，發(fā)動機水套是冷卻系統(tǒng)中的通路，根據其自身的流量壓降性質影響著冷卻系統(tǒng)中的流量和流阻。發(fā)動機水套內部形狀多變，結構復雜。在一維分析中，并不需要精確保留水套的原始結構特征，而是將其簡化為壓降模型，即只需要輸入其特有的流量-壓降曲線便可進行計算。本文所分析的機型缸體、缸蓋的水套相對獨立，只是共用一個進口，因此將二者分開，各自簡化成一個壓降模型，分別輸入對應的流量-壓降曲線。該曲線由三維 CFD 分析計算、插值而來，如下圖 2.2、2.3 所示。

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

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6 肖

本文編號：2770127