本文關鍵詞：活塞—環(huán)組—缸套耦合傳熱及熱負荷研究

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【摘要】：隨著排放法規(guī)的日益嚴格,內(nèi)燃機功率不斷強化,缸內(nèi)熱負荷隨之增加�；钊⒏滋资菢嫵扇紵业闹匾考�,長時間接受缸內(nèi)高溫燃氣的加熱作用,容易產(chǎn)生拉缸、熱裂以及活塞環(huán)卡死等非正常破壞。在內(nèi)燃機設計中,了解活塞、環(huán)組、缸套在熱負荷作用下的熱態(tài)型面、綜合熱應力與熱變形情況,對提高發(fā)動機整機性能具有重要意義。選擇一款高壓共軌柴油機作為研究對象,采用三維有限元法進行了以下具體研究工作：(1)對柴油機主要受熱零部件進行了溫度場測試。采用硬度塞法對活塞、缸蓋火力面進行了溫度測試,選擇熱電偶測量了缸套內(nèi)壁面溫度,對冷卻水套測量了進出口溫度、流量,并用來作為流固耦合計算邊界條件。測試中,硬度塞測溫誤差與熱電偶測溫誤差分別控制在±3℃與±1.5℃范圍內(nèi)。(2)建立了“螺栓-缸蓋-缸墊-機體-缸套-活塞-環(huán)組-活塞銷-冷卻水”流固耦合仿真模型；采用BOOST軟件建立了一維燃燒模型,獲得了燃氣側邊界條件；通過進行CFD計算得到了冷卻水側邊界條件；采用整機耦合計算方法,有限元軟件可將活塞-環(huán)組-缸套復雜的外邊界轉換為內(nèi)邊界作內(nèi)部處理,使仿真環(huán)境更加接近真實環(huán)境。(3)采用ANSYS Workbench三維仿真平臺實現(xiàn)了流-固-熱聯(lián)合仿真計算,獲得了活塞、環(huán)組、缸套溫度場、熱應力熱應變以及綜合熱流密度。通過分析發(fā)現(xiàn),活塞喉口處溫度最高,從上到下呈遞減趨勢,活塞最大Mises應力出現(xiàn)在內(nèi)腔最頂端,最大變形量出現(xiàn)在皮帶輪側；活塞環(huán)組溫度、熱應力由上向下依此降低,變形量由大到小依此為第二氣環(huán)、第一氣環(huán)、油環(huán)；氣缸套高溫區(qū)域分布在最上端不與冷卻水接觸的地方,沿軸向向下呈現(xiàn)先下降再上升的趨勢,最大應力主要集中在上端,最大變形量分布在靠近機體兩端最近的地方,1、2缸與3、4缸成對稱趨勢分布。將活塞頂部與缸套內(nèi)壁面特征點計算溫度值與試驗數(shù)據(jù)進行了對比分析,誤差在10%以內(nèi)。
【關鍵詞】：柴油機 流固耦合 溫度場試驗 熱負荷 熱變形
【學位授予單位】：昆明理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TK401
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 緒論11-19
• 1.1 課題研究背景及意義11-12
• 1.2 國內(nèi)外內(nèi)燃機熱負荷研究動態(tài)及現(xiàn)狀12-17
• 1.2.1 單個受熱部件熱負荷仿真計算研究12-14
• 1.2.2 多部件耦合傳熱仿真計算研究14-16
• 1.2.3 燃燒室零部件溫度測試研究16-17
• 1.3 論文研究主要內(nèi)容及技術路線17-19
• 1.3.1 論文研究主要內(nèi)容17
• 1.3.2 論文研究技術路線17-19
• 第二章 柴油機燃燒室受熱部件工作溫度測試19-33
• 2.1 溫度測試背景與意義19
• 2.2 溫度測試方法及原理19-20
• 2.3 燃燒室受熱部件溫度測試方案20-25
• 2.3.1 測試目的及內(nèi)容20-21
• 2.3.2 試驗工況及傳感器的選擇21-22
• 2.3.3 活塞特征點布置方案22-23
• 2.3.4 缸套特征點布置方案23-24
• 2.3.5 氣缸蓋燃燒室特征點布置方案24-25
• 2.3.6 冷卻水套進出口邊界測試方案25
• 2.4 活塞-缸套-缸蓋溫度場測試25-26
• 2.5 試驗結果與分析26-32
• 2.5.1 活塞溫度測試分析26-29
• 2.5.2 氣缸套溫度測試分析29-31
• 2.5.3 冷卻水進出口流量測試分析31-32
• 2.6 小結32-33
• 第三章 柴油機活塞-環(huán)組-缸套耦合傳熱模型分析33-53
• 3.1 有限元法的發(fā)展及在內(nèi)燃機研究中的應用33-34
• 3.2 流固耦合傳熱基本理論34-40
• 3.2.1 流體動力學基本理論34-36
• 3.2.2 傳熱學基本理論36-39
• 3.2.3 熱彈性力學基本理論39-40
• 3.3 柴油機整機三維實體模型的建立40-43
• 3.3.1 柴油機主要技術性能參數(shù)40-41
• 3.3.2 柴油機三維實體模型的建立41-43
• 3.4 有限元模型的建立43-45
• 3.4.1 材料特性參數(shù)的定義43-44
• 3.4.2 網(wǎng)格類型的選取44-45
• 3.4.3 網(wǎng)格的劃分45
• 3.5 穩(wěn)態(tài)溫度場及熱應力場邊界條件的設置45-51
• 3.5.1 缸內(nèi)燃氣側換熱邊界條件45-49
• 3.5.2 冷卻水流動換熱邊界條件49-50
• 3.5.3 潤滑油側換熱邊界條件50
• 3.5.4 進、排氣道換熱邊界條件50
• 3.5.5 熱變形與熱應力計算邊界條件的設置50-51
• 3.6 小結51-53
• 第四章 柴油機活塞-環(huán)組-缸套耦合傳熱及熱負荷計算分析53-77
• 4.1 整機耦合下活塞-環(huán)組-缸套熱分析53-62
• 4.1.1 活塞溫度場分析55-59
• 4.1.2 環(huán)組溫度場分析59-60
• 4.1.3 氣缸套溫度場分析60-62
• 4.2 活塞-缸套計算溫度值與試驗數(shù)據(jù)對比分析62-65
• 4.2.1 活塞溫度仿真與試驗對比分析62-64
• 4.2.2 氣缸套溫度仿真與試驗對比分析64-65
• 4.3 活塞-環(huán)組-缸套耦合熱應力分析65-74
• 4.3.1 活塞熱應力與熱變形分析67-69
• 4.3.2 活塞環(huán)組熱應力與熱變形分析69-70
• 4.3.3 氣缸套熱應力與熱變形分析70-74
• 4.4 活塞-環(huán)組-缸套熱流密度分析74-75
• 4.5 小結75-77
• 第五章 全文總結與展望77-81
• 5.1 全文總結77-78
• 5.2 展望78-81
• 致謝81-83
• 參考文獻83-89
• 附錄A 攻讀碩士學位期間參與項目及發(fā)表論文89
• 附錄1 參與項目89
• 附錄2 發(fā)表論文89

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7 鐘振遠;馬華e，

本文編號：852616