發(fā)布時間：2017-08-12 12:26

  本文關(guān)鍵詞：活塞設(shè)計參數(shù)與熱損傷關(guān)聯(lián)分析

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【摘要】：近年來隨著對柴油機的不斷強化,柴油機活塞的熱負荷也不斷增加,過高的熱負荷會使柴油機活塞產(chǎn)生活塞頂開裂、燒穿,活塞頂部產(chǎn)生麻坑、塌陷,活塞環(huán)膠結(jié)等熱損傷現(xiàn)象,嚴重影響了柴油機工作的可靠性與耐久性。所以改善活塞工作環(huán)境,降低活塞工作時過高的熱負荷,對于提高柴油機整機性能具有重要意義。本文首先通過對一種機型進行瞬態(tài)缸內(nèi)燃燒和噴油冷卻模擬,通過比較不同尺度網(wǎng)格、碰撞模型、湍流模型等計算模型對仿真結(jié)果的影響后選出最優(yōu)模型進行仿真計算并與試驗結(jié)果進行比對,將計算模型標定好之后應(yīng)用到其他三種機型的活塞熱邊界條件計算中。其次,對四種活塞的溫度場和熱應(yīng)力場進行計算并展開分析。最后,修改包括火力岸高度、油環(huán)距活塞頂面距離、材料屬性在內(nèi)的多種活塞設(shè)計參數(shù),考察不同設(shè)計參數(shù)對活塞熱負荷的影響并給出活塞熱負荷隨活塞設(shè)計參數(shù)變化的規(guī)律,為生產(chǎn)實際提供支持。活塞溫度場分析表明,活塞的溫度場分布很不均勻,最高溫度發(fā)生在燃燒室喉口附近,最低溫度發(fā)生在活塞底部,此外活塞第一環(huán)槽位置處溫度也較高。對于活塞溫度場隨活塞設(shè)計參數(shù)的變化有：(1)隨著火力岸高度的增加,活塞頭部及第一環(huán)槽溫度呈增加趨勢。(2)隨著燃燒室喉口半徑的增加,活塞喉口溫度呈遞減趨勢。(3)當(dāng)活塞沒有內(nèi)冷油腔時,活塞頭部溫度及第一環(huán)槽溫度大幅提高。(4)隨著內(nèi)冷油腔與活塞頂面的距離逐漸接近,活塞頭部及第一環(huán)槽溫度逐漸降低。(5)隨著油腔表面積逐步增大,活塞頭部及第一環(huán)槽溫度呈逐步降低趨勢。(6)隨著材料導(dǎo)熱系數(shù)增加,活塞頭部及第一環(huán)槽溫度呈逐步降低趨勢�；钊麩釕�(yīng)力場分析表明,活塞熱應(yīng)力場分布并不均勻,由于冷卻油腔與第二環(huán)槽位置處溫度梯度最大所以活塞最大熱應(yīng)力出現(xiàn)在第二環(huán)槽位置處,另外,燃燒室喉口及活塞內(nèi)腔頂部的熱應(yīng)力也較高,其余位置處的熱應(yīng)力并不高�；钊麩釕�(yīng)力場隨活塞設(shè)計參數(shù)的變化有：(1)隨著火力岸高度的增加,活塞最大熱應(yīng)力變化不大,但燃燒室喉口位置的熱應(yīng)力隨著火力岸高度的增加而降低。(2)隨著燃燒室喉口半徑的增大,燃燒室喉口位置的熱應(yīng)力呈逐漸降低趨勢。(3)去掉活塞的內(nèi)冷油腔對活塞頂部的影響要大于對活塞底部的影響。當(dāng)活塞去掉內(nèi)冷油腔后,活塞最高熱應(yīng)力及燃燒室喉口位置的熱應(yīng)力呈逐步下降趨勢。(4)當(dāng)油腔位置逐漸靠近第二環(huán)槽位置時,活塞最大熱應(yīng)力呈遞增趨勢。隨著油腔位置逐漸靠近活塞頂面,燃燒室喉口熱應(yīng)力呈遞增趨勢。(5)當(dāng)油腔表面積逐漸減小時,活塞最大熱應(yīng)力及燃燒室喉口位置的熱應(yīng)力呈逐步降低趨勢。(6)隨著活塞材料導(dǎo)熱系數(shù)的增加,活塞整體熱應(yīng)力呈逐步降低狀態(tài)。(7)隨著材料線膨脹系數(shù)的增加,活塞整體熱應(yīng)力呈增加的趨勢。
【關(guān)鍵詞】：柴油機活塞 熱負荷 活塞設(shè)計參數(shù)
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TK423
【目錄】：

• 摘要10-12
• ABSTRACT12-14
• 第1章 緒論14-20
• 1.1 研究目的及意義14
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-18
• 1.2.1 柴油機缸內(nèi)燃燒研究動態(tài)14-15
• 1.2.2活塞噴油冷卻研究動態(tài)15
• 1.2.3 活塞熱負荷國內(nèi)外研究動態(tài)15-18
• 1.3 課題研究內(nèi)容18-20
• 第2章 活塞溫度場邊界條件計算20-42
• 2.1 機型一柴油機參數(shù)20
• 2.2 燃氣側(cè)熱邊界條件20-27
• 2.2.1 網(wǎng)格模型21
• 2.2.2 破碎模型21-24
• 2.2.3 網(wǎng)格尺度24-26
• 2.2.4 燃燒模型26
• 2.2.5 模型可行性驗證26-27
• 2.3 內(nèi)冷油腔熱邊界條件27-37
• 2.3.1 幾何模型27-28
• 2.3.2 網(wǎng)格模型28-29
• 2.3.3 計算模型29
• 2.3.4 邊界層數(shù)目不同對噴油冷卻計算的影響29-32
• 2.3.5 不同油腔網(wǎng)格尺度對噴油冷卻計算的影響32-33
• 2.3.6 不同湍流模型對噴油冷卻計算結(jié)果的影響33-35
• 2.3.7 計算結(jié)果分析35-37
• 2.4 活塞其余部位熱邊界條件37-39
• 2.5 本章小結(jié)39-42
• 第3章 活塞溫度場計算42-62
• 3.1 活塞熱分析理論基礎(chǔ)42-44
• 3.2 活塞模型及網(wǎng)格劃分44-45
• 3.3 溫度場計算邊界條件45-46
• 3.4 活塞材料屬性46
• 3.5 活塞溫度場結(jié)果及分析46-49
• 3.6 活塞結(jié)構(gòu)對活塞溫度場的影響49-61
• 3.6.1 火力岸高度對活塞溫度場的影響49-51
• 3.6.2 燃燒室喉口半徑對喉口溫度場的影響51-52
• 3.6.3 有無內(nèi)冷油腔對活塞溫度場的影響52-54
• 3.6.4 內(nèi)冷油腔中心線到活塞頂部距離對活塞溫度場的影響54-56
• 3.6.5 不同油腔表面積對活塞溫度場的影響56-59
• 3.6.6 材料不同導(dǎo)熱系數(shù)對活塞溫度場的影響59-61
• 3.7 本章小結(jié)61-62
• 第4章 活塞熱應(yīng)力場計算62-82
• 4.1 熱彈性基本理論62-66
• 4.1.1 熱應(yīng)變基本關(guān)系式62-64
• 4.1.2 熱彈性應(yīng)變協(xié)調(diào)方程64
• 4.1.3 熱彈性運動方程64-65
• 4.1.4 邊界條件65-66
• 4.2 活塞設(shè)計參數(shù)對活塞熱應(yīng)力的影響66-79
• 4.2.1 熱應(yīng)力場計算66-67
• 4.2.2 火力岸高度對活塞熱應(yīng)力的影響67-69
• 4.2.3 燃燒室喉口半徑對喉口熱應(yīng)力場的影響69-70
• 4.2.4 有無內(nèi)冷油腔對活塞熱應(yīng)力的影響70-72
• 4.2.5 內(nèi)冷油腔中心線到活塞頂部距離對活塞熱應(yīng)力的影響72-74
• 4.2.6 不同油腔表面積對活塞熱應(yīng)力場的影響74-76
• 4.2.7 材料不同導(dǎo)熱系數(shù)對活塞熱應(yīng)力場的影響76-77
• 4.2.8 材料不同線膨脹系數(shù)對活塞熱應(yīng)力場的影響77-79
• 4.3 本章小結(jié)79-82
• 第5章 總結(jié)與展望82-84
• 5.1 課題總結(jié)82-83
• 5.2 課題展望83-84
• 參考文獻84-88
• 致謝88-89
• 附件89

【共引文獻】

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7 吳O;船用柴油機燃燒室組件的流固耦合傳熱研究與活塞強度分析[D];大連海事大學(xué);2014年

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本文編號：661604