本文關鍵詞：柴油機活塞熱機耦合有限元計算研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：我國農(nóng)用單缸柴油機受使用對象及用途的限制,其整體的性能提升,應優(yōu)先選擇不過多增加柴油機成本就能達到優(yōu)化的技術措施。本課題提出了一種新的整體式燃燒室,這種新型燃燒室融合了直噴式燃燒室與分隔式燃燒室的優(yōu)點。然而新型燃燒室面容比大,存在著比較大的散熱損失,同時其活塞頂部形狀突變部位增加,受到高溫混合燃氣壓力、摩擦力、往復慣性力以及側推力等載荷周期性的作用,隨之可能導致活塞產(chǎn)生開裂、活塞環(huán)膠結、拉缸等,極大地危害活塞部件運轉可靠性和使用耐久性。 改變傳統(tǒng)經(jīng)驗公式的第三類邊界條件取值,采用CFD數(shù)值計算獲得新型燃燒室不同曲軸轉角下活塞關鍵位置的溫度及傳熱系數(shù)分布,改變以往函數(shù)加載的方式,采用活塞銷輔助約束的施加方案,進行了新舊研究方法的比較,驗證了新方法的可行性。研究結果表明,標定工況下,新型燃燒室整體上的綜合應力和變形均在活塞材料允許的范圍之內,但是新型燃燒室喉口下沿的縮口區(qū)域溫度分布很不均勻,易導致應力集中；其第一環(huán)槽的平均溫度已經(jīng)超過潤滑油結膠溫度,在此工作條件下長時間運轉可能導致出現(xiàn)活塞環(huán)膠結,破壞正常的配合間隙,環(huán)岸斷裂等現(xiàn)象。新型燃燒室增加泄油孔通道后,由于得到有效的冷卻,對活塞最高溫度、第一環(huán)槽溫度以及內腔頂部中央高溫有一定的降低緩解效用。在熱機耦合作用下,在活塞頂面的變形,熱變形占據(jù)了主導地位,而活塞銷座的銷孔上沿處因受到活塞熱變形的影響作用,與僅承受機械載荷時的相比較,大大緩解其應力集中的現(xiàn)象。另外,本文探討了新型燃燒室及有無泄油孔通道的活塞在低頻熱疲勞下的影響,從而為該類型的活塞設計與改進提供一定的理論依據(jù)和參考,同時減少盲目性和實驗成本,提高設計效率。
【關鍵詞】：柴油機 活塞 CFD FEA 熱機耦合 第三類邊界條件
【學位授予單位】：廣西大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TK421
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 符號說明12-14
• 第一章 緒論14-23
• 1.1 引言14-16
• 1.2 活塞熱負荷及其熱機耦合研究概況16-20
• 1.2.1 國外活塞熱負荷研究概況16-18
• 1.2.2 國內活塞熱負荷研究概況18-19
• 1.2.3 活塞熱機耦合研究概況19-20
• 1.3 本文主要研究內容、意義和方法20-23
• 第二章 活塞熱分析基礎理論23-30
• 2.1 活塞的熱傳導方程23-24
• 2.2 熱彈性理論24-30
• 2.2.1 熱彈性理論的基本方程24-26
• 2.2.2 熱應力的求解26-30
• 第三章 活塞熱邊界條件研究30-45
• 3.1 活塞溫度場計算流程30-31
• 3.2 活塞頂部與高溫燃氣間換熱邊界研究31-33
• 3.3 活塞頂面附近溫度場及流場研究33-40
• 3.3.1 柴油機燃燒過程計算基本方程33-34
• 3.3.2 計算模型選擇34-35
• 3.3.3 初始邊界條件的確定35-37
• 3.3.4 模型驗證37-38
• 3.3.5 活塞頂面表面關鍵位置的溫度及流場分布38-40
• 3.4 缸套溫度場研究40-44
• 3.4.1 原機燃燒室缸套溫度場模擬計算40-43
• 3.4.2 新型燃燒室缸套溫度場模擬計算43-44
• 3.5 本章小結44-45
• 第四章 活塞溫度場研究45-60
• 4.1 活塞熱負荷邊界條件研究45-49
• 4.1.1 活塞頂部換熱邊界條件45-46
• 4.1.2 活塞內腔換熱邊界條件46
• 4.1.3 活塞側面換熱邊界條件46-47
• 4.1.4 活塞各表面綜合熱邊界條件47-49
• 4.2 材料參數(shù)49-50
• 4.3 活塞三維有限元模型50-51
• 4.4 溫度場結果分析51-58
• 4.4.1 原機燃燒室活塞與新型燃燒室活塞的溫度場結果分析51-53
• 4.4.2 新型燃燒室噴油嘴的位置對活塞溫度場分布的影響53-55
• 4.4.3 新型燃燒室泄油通道對活塞溫度場分布的影響55-57
• 4.4.4 兩種研究方法的溫度場計算結果對比57-58
• 4.5 本章小結58-60
• 第五章 活塞應力和變形綜合分析60-79
• 5.1 熱載荷條件下熱應力和變形結果分析60-64
• 5.1.1 接觸副傳熱接觸分析60-61
• 5.1.2 燃燒室形狀對活塞熱應力與變形影響結果分析61-63
• 5.1.3 泄油通道對活塞熱應力與變形影響結果分析63-64
• 5.2 機械載荷條件下應力和應變結果分析研究64-70
• 5.2.1 活塞機械邊界條件的處理64-67
• 5.2.2 燃燒室形狀對活塞機械應力與變形影響結果分析67-69
• 5.2.3 泄油通道對活塞機械應力與變形影響結果分析69-70
• 5.3 熱機耦合條件下應力和應變結果分析70-74
• 5.3.1 燃燒室形狀對活塞耦合熱應力與變形影響結果分析70-73
• 5.3.2 泄油通道對活塞耦合熱應力與變形影響結果分析73-74
• 5.4 活塞低頻熱疲勞分析74-77
• 5.4.1 燃燒室形狀對活塞低頻熱疲勞影響結果分析75-76
• 5.4.2 泄油孔通道對活塞低頻熱疲勞影響結果分析76-77
• 5.5 本章小結77-79
• 第六章 全文總結與工作展望79-83
• 6.1 全文總結79-82
• 6.2 工作展望82-83
• 參考文獻83-87
• 致謝87-88
• 攻讀學位期間發(fā)表論文情況88

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