本文關(guān)鍵詞：柴油機(jī)缸套—活塞瞬態(tài)傳熱仿真分析

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【摘要】：在現(xiàn)代社會中，柴油機(jī)在大型客車、重型汽車、船舶、工程機(jī)械、發(fā)電機(jī)組等方面得到了廣泛的應(yīng)用，這是因?yàn)椴裼蜋C(jī)具有一些諸如熱效率高和經(jīng)濟(jì)性能好、扭矩大等優(yōu)點(diǎn)。但是笨重、噪聲大，令許多人對柴油機(jī)的印象不好，對于柴油機(jī)在經(jīng)濟(jì)、動力、排放等方面性能指標(biāo)的要求的不斷提高，在對其構(gòu)造上的設(shè)計(jì)優(yōu)化、改進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)也會越來越高。所以提高柴油機(jī)的可靠性就顯得尤為重要，可以通過優(yōu)化柴油機(jī)燃燒室內(nèi)部的工作環(huán)境和惡劣條件，使柴油機(jī)更安全高效地運(yùn)作。柴油機(jī)的熱平衡分析和熱可靠性分析的基礎(chǔ)主要是研究柴油機(jī)主要受熱零部件的傳熱過程。 本文在分析柴油機(jī)燃燒室內(nèi)的傳熱狀態(tài)的基礎(chǔ)上，對柴油機(jī)主要受熱零部件缸套-活塞進(jìn)行傳熱仿真，其中以活塞-缸套之間相互耦合的子系統(tǒng)作為傳熱模型。在耦合系統(tǒng)中，對各個(gè)零部件之間接觸的邊界條件作相對應(yīng)的處理，使原來單個(gè)零件的外邊界條件轉(zhuǎn)化為內(nèi)邊界條件，由有限元分析軟件直接對其內(nèi)部計(jì)算。建立系統(tǒng)瞬態(tài)傳熱動接觸模型，對算例在標(biāo)定工況下一個(gè)工作循環(huán)內(nèi)的柴油機(jī)周期性瞬態(tài)傳熱進(jìn)行數(shù)值仿真，并與穩(wěn)態(tài)傳熱進(jìn)行對比分析。 本文研究的主要內(nèi)容包括: （1）在對柴油機(jī)缸套-活塞的傳熱規(guī)律進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，建立算例機(jī)型的活塞-缸套傳熱模型。以4100QBZ型柴油機(jī)作為算例，在額定工況下對其穩(wěn)態(tài)傳熱進(jìn)行仿真計(jì)算，為后文中的活塞-缸套瞬態(tài)分析奠定基礎(chǔ)。 （2）針對柴油機(jī)周期性傳熱過程中缸套內(nèi)壁的邊界條件施加困難的難點(diǎn)，對單個(gè)缸套的周期性瞬態(tài)進(jìn)行傳熱仿真，，解決其中邊界條件確定和邊界條件施加的困難，為活塞-缸套的周期性傳熱仿真提供更優(yōu)化更省時(shí)的方法。 （3）在對柴油機(jī)中活塞-缸套的相對運(yùn)動規(guī)律和周期性傳熱特點(diǎn)研究分析的基礎(chǔ)上，建立以活塞-缸套為主的動接觸傳熱模型。計(jì)算模擬算例機(jī)型在標(biāo)定工況下的活塞-缸套的周期性瞬態(tài)傳熱，得到在標(biāo)定工況時(shí)周期性瞬態(tài)傳熱條件下的活塞-缸套表層溫度的分布規(guī)律，并據(jù)此對活塞-缸套的傳熱與柴油機(jī)往復(fù)循環(huán)工作之間的關(guān)系作了分析。 綜上所述，本文對柴油機(jī)活塞-缸套的有限元分析，得到算例機(jī)型活塞-缸套在標(biāo)定工況下的穩(wěn)態(tài)溫度場，單個(gè)零件缸套的周期性瞬態(tài)溫度場和活塞-缸套的周期性瞬態(tài)溫度場。針對數(shù)值仿真的結(jié)果進(jìn)行分析對比，為設(shè)計(jì)優(yōu)化和結(jié)構(gòu)改進(jìn)提供理論支持。
【關(guān)鍵詞】：柴油機(jī) 活塞-缸套 傳熱 瞬態(tài) 數(shù)值仿真
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TK423
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-8
• 目錄8-11
• 第一章 緒論11-21
• 1.1 缸套-活塞傳熱分析的意義11-12
• 1.2 內(nèi)燃機(jī)傳熱研究的特點(diǎn)及發(fā)展目標(biāo)12-14
• 1.2.1 內(nèi)燃機(jī)傳熱研究中實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)12-13
• 1.2.2 內(nèi)燃機(jī)傳熱研究中仿真的特點(diǎn)13
• 1.2.3 內(nèi)燃機(jī)仿真技術(shù)的發(fā)展目標(biāo)13-14
• 1.3 內(nèi)燃機(jī)傳熱研究仿真的現(xiàn)狀14-17
• 1.3.1 內(nèi)燃機(jī)燃燒室零部件傳熱仿真14-15
• 1.3.2 冷卻系統(tǒng)和潤滑系統(tǒng)傳熱仿真15-16
• 1.3.3 整機(jī)傳熱仿真16-17
• 1.3.4 內(nèi)燃機(jī)傳熱研究的難點(diǎn)17
• 1.4 課題研究的難點(diǎn)及主要內(nèi)容17-21
• 1.4.1 課題研究的難點(diǎn)分析17-18
• 1.4.2 課題研究的主要內(nèi)容和關(guān)鍵點(diǎn)18-21
• 第二章 缸套-活塞傳熱分析的概述21-35
• 2.1 有限元法的概述21-25
• 2.1.1 有限元法解析過程和方法22-24
• 2.1.2 有限元法分析的發(fā)展方向24-25
• 2.2 傳熱學(xué)的基本理論25-30
• 2.2.1 溫度場相關(guān)理論25-26
• 2.2.2 導(dǎo)熱理論26-28
• 2.2.3 定解條件28-29
• 2.2.4 對流傳熱理論29-30
• 2.2.5 熱輻射理論30
• 2.3 接觸問題相關(guān)理論30-32
• 2.3.1 接觸條件分類30-31
• 2.3.2 接觸力的計(jì)算31-32
• 2.3.3 接觸問題的解析過程32
• 2.4 本章小結(jié)32-35
• 第三章 系統(tǒng)模型的建立和求解35-41
• 3.1 模型的建立35-36
• 3.2 模型的說明36-37
• 3.2.1 建模求解中的簡化和假設(shè)36
• 3.2.2 系統(tǒng)模型中的基本換熱關(guān)系36-37
• 3.3 燃燒室換熱邊界條件37-39
• 3.3.1 活塞頂面的換熱37
• 3.3.2 缸套內(nèi)表面的換熱37-38
• 3.3.3 缸套外側(cè)表面的換熱38
• 3.3.4 冷卻水側(cè)流動的換熱38-39
• 3.3.5 活塞內(nèi)冷卻油腔的換熱39
• 3.4 本章小結(jié)39-41
• 第四章 缸套-活塞穩(wěn)態(tài)溫度場有限元分析41-53
• 4.1 概述41-42
• 4.1.1 穩(wěn)態(tài)仿真適用范圍41
• 4.1.2 研究算例機(jī)型說明41-42
• 4.2 系統(tǒng)模型的仿真42-50
• 4.2.1 基本參數(shù)準(zhǔn)備42-43
• 4.2.2 模型前處理及網(wǎng)格劃分43-44
• 4.2.3 邊界條件的施加44-48
• 4.2.4 仿真計(jì)算的結(jié)果及分析48-50
• 4.3 本章小結(jié)50-53
• 第五章 缸套周期性瞬態(tài)溫度場分析53-61
• 5.1 概述53-54
• 5.1.1 瞬態(tài)研究的主要目的53
• 5.1.2 瞬態(tài)研究的基本方法53-54
• 5.2 系統(tǒng)模型的仿真54-59
• 5.2.1 模型前處理及網(wǎng)格劃分54
• 5.2.2 邊界條件的施加54-56
• 5.2.3 仿真計(jì)算的結(jié)果及分析56-59
• 5.3 仿真結(jié)果對比分析59-60
• 5.4 本章小結(jié)60-61
• 第六章 缸套-活塞周期性瞬態(tài)溫度場分析61-75
• 6.1 概述61
• 6.1.1 動接觸模型的簡述61
• 6.2 活塞-缸套的動接觸模型61-63
• 6.2.1 活塞-缸套的相對位置關(guān)系61-62
• 6.2.2 活塞-缸套動接觸模型的邊界條件施加62-63
• 6.3 仿真計(jì)算的結(jié)果及分析63-71
• 6.3.1 仿真計(jì)算結(jié)果63-68
• 6.3.2 零部件仿真結(jié)果分析68
• 6.3.3 系統(tǒng)循環(huán)模型仿真結(jié)果分析68-71
• 6.4 仿真結(jié)果的對比分析71-73
• 6.5 本章小結(jié)73-75
• 第七章 總結(jié)與展望75-79
• 7.1 總結(jié)75-76
• 7.2 展望76-79
• 參考文獻(xiàn)79-83
• 致謝83-85
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文85

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：875151