本文關(guān)鍵詞：柴油發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)熱器的數(shù)值模擬

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【摘要】：電熱式預(yù)熱器是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的一種進(jìn)氣預(yù)熱裝置,它可以有效地解決柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的冷啟動(dòng)難問題。由于其具有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、不會(huì)污染空氣等優(yōu)點(diǎn),被廣泛地應(yīng)用在轎車和卡車等以柴油發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的交通工具中。電熱式預(yù)熱器的預(yù)熱性能受到加熱片材料、絕緣材料、蓄電池電壓、預(yù)熱器結(jié)構(gòu)和預(yù)熱腔結(jié)構(gòu)等影響,研究其溫度場分布規(guī)律,對(duì)預(yù)熱器和預(yù)熱腔的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)具有重要的指導(dǎo)意義。本文以加熱片長度740.8mm、厚度0.80mm、高度8.0mm的電熱式預(yù)熱器為研究對(duì)象,以解決柴油機(jī)在嚴(yán)寒環(huán)境-40℃,加熱時(shí)間20s下快速啟動(dòng)為研究目標(biāo),首先利用ANSYS-Workbench軟件對(duì)預(yù)熱器自身進(jìn)行了溫度場瞬態(tài)模擬分析,研究了環(huán)境溫度、加熱片尺寸、蓄電池電壓等對(duì)預(yù)熱器和絕緣襯套最高溫度的影響,并對(duì)實(shí)例預(yù)熱器加熱片的最高溫度進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。接著又研究了加熱片尺寸、蓄電池電壓和腔徑等對(duì)預(yù)熱腔空氣平均溫度的影響。最后對(duì)體積為3L的預(yù)熱腔溫度場進(jìn)行正交模擬分析,研究得出了最佳設(shè)計(jì)參數(shù)和各參數(shù)的影響次序。以下結(jié)論可以得出:(1)在環(huán)境溫度0℃時(shí),實(shí)例預(yù)熱器模擬最高溫度為805.53℃,實(shí)驗(yàn)最高溫度為856.30℃,模擬最高溫度比實(shí)驗(yàn)最高溫度低5.9%。(2)模擬結(jié)果表明,當(dāng)加熱片厚度從0.55mm增加到0.80mm時(shí),預(yù)熱器的最高溫度從825.30℃緩慢下降到770.88℃,絕緣襯套最高溫度從14.58℃緩慢上升到30.26℃。而預(yù)熱腔的空氣平均溫度從38.88℃緩慢下降到35.67℃。(3)模擬結(jié)果表明,當(dāng)加熱片長度從536.8 mm增加到943.7 mm時(shí),預(yù)熱器的最高溫度從1305.80℃急劇下降到531.64℃,絕緣襯套的最高溫度從88.75℃緩慢下降到6.35℃。(4)模擬結(jié)果表明,當(dāng)加熱片長度從557.93mm增加到989.57mm時(shí),預(yù)熱腔空氣平均溫度從37.96℃下降到-14.15℃。(5)模擬結(jié)果表明,蓄電池電壓由20.6V變換到27.4V,預(yù)熱器的最高溫度566.14℃升高到992.85℃,絕緣襯套的最高溫度由12.46℃升高到50.18℃,預(yù)熱腔的空氣平均溫度從21.88℃緩慢上升到42.90℃。(6)模擬結(jié)果表明,加熱片離預(yù)熱腔底部的放置距離由20mm增加到231mm,預(yù)熱腔空氣平均溫度從39.69℃緩慢上升到40.78℃,當(dāng)加熱片離預(yù)熱腔底部的放置距離為864mm時(shí),預(yù)熱腔空氣平均溫度又急劇下降到-4.62℃。(7)模擬結(jié)果表明,當(dāng)預(yù)熱腔直徑從Φ65.0mm增加至Φ92.0mm時(shí),預(yù)熱腔內(nèi)的空氣平均溫度從36.22℃增加到123.92℃,當(dāng)腔徑為112.8mm時(shí),腔內(nèi)空氣平均溫度又下降到97.54℃。(8)正交模擬結(jié)果表明,影響預(yù)熱腔空氣平均溫度的主次順序分別是加熱片長度、蓄電池電壓、加熱片離預(yù)熱腔底部的放置距離、加熱片厚度。體積為3L預(yù)熱腔的空氣平均溫度的最佳設(shè)計(jì)參數(shù)是加熱片長度557.93mm,加熱片厚度0.60mm,電壓25.7V,加熱片離預(yù)熱腔底部的放置距離653mm。此時(shí),預(yù)熱腔的空氣平均溫度為34.07℃。
【關(guān)鍵詞】：預(yù)熱器 溫度 模擬 柴油發(fā)動(dòng)機(jī) ANSYS
【學(xué)位授予單位】：浙江工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TK423
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第一章 緒論10-18
• 1.1 引言10-12
• 1.2 柴油機(jī)預(yù)熱器概述12-13
• 1.3 預(yù)熱器的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-15
• 1.4 有限元法在預(yù)熱器熱分析中的應(yīng)用15-16
• 1.4.1 有限元的發(fā)展15
• 1.4.2 ANSYS軟件的介紹15-16
• 1.4.3 有限元熱分析的應(yīng)用16
• 1.5 課題研究的意義與內(nèi)容16-18
• 1.5.1 課題研究的意義16-17
• 1.5.2 課題研究的內(nèi)容17-18
• 第二章 預(yù)熱器自身溫度場的仿真分析18-42
• 2.1 引言18
• 2.2 熱分析基礎(chǔ)理論18-22
• 2.2.1 熱傳遞方式19-20
• 2.2.2 穩(wěn)態(tài)傳熱20-21
• 2.2.3 瞬態(tài)傳熱21
• 2.2.4 導(dǎo)熱微分方程及定解條件21-22
• 2.3 預(yù)熱器熱分析的模擬部分22-27
• 2.3.1 預(yù)熱器的建模與工作要求22-23
• 2.3.2 預(yù)熱器加熱功率23-25
• 2.3.3 材料屬性25
• 2.3.4 仿真分析的網(wǎng)格劃分25-26
• 2.3.4.1 單元類型的選擇25-26
• 2.3.4.2 網(wǎng)格劃分26
• 2.3.5 邊界條件26-27
• 2.3.6 模擬參數(shù)27
• 2.4 實(shí)驗(yàn)部分27-29
• 2.5 結(jié)果與討論29-41
• 2.5.1 預(yù)熱器溫度模擬結(jié)果討論與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證29-30
• 2.5.2 環(huán)境溫度對(duì)預(yù)熱器和絕緣襯套最高溫度的影響30-32
• 2.5.3 加熱片厚度對(duì)預(yù)熱器和絕緣襯套最高溫度的影響32-35
• 2.5.4 加熱片長度對(duì)預(yù)熱器和絕緣襯套最高溫度的影響35-38
• 2.5.5 蓄電池電壓對(duì)預(yù)熱器和絕緣襯套最高溫度的影響38-41
• 2.6 本章小結(jié)41-42
• 第三章 柴油機(jī)預(yù)熱腔溫度場分析42-62
• 3.1 引言42
• 3.2 預(yù)熱腔溫度場的數(shù)值模擬部分42-50
• 3.2.1 預(yù)熱腔模型的建立43-44
• 3.2.2 模型網(wǎng)格劃分44-45
• 3.2.3 預(yù)熱腔數(shù)學(xué)模型45-48
• 3.2.3.1 湍流模型的選擇45-46
• 3.2.3.2 輻射模型的選擇46-48
• 3.2.4 材料熱物理性能參數(shù)48
• 3.2.5 邊界條件的設(shè)置48-49
• 3.2.6 離散格式的選擇49
• 3.2.7 模擬參數(shù)49-50
• 3.3 預(yù)熱器和預(yù)熱腔參數(shù)對(duì)預(yù)熱性能影響的結(jié)果與討論50-54
• 3.3.1 預(yù)熱腔溫度場模擬結(jié)果分析50
• 3.3.2 加熱片厚度對(duì)預(yù)熱腔預(yù)熱性能的影響50-51
• 3.3.3 加熱片長度對(duì)預(yù)熱腔預(yù)熱性能的影響51-52
• 3.3.4 加熱片放置位置對(duì)預(yù)熱腔預(yù)熱性能的影響52-53
• 3.3.5 蓄電池電壓對(duì)預(yù)熱性能的影響53-54
• 3.3.6 預(yù)熱腔的腔徑對(duì)預(yù)熱性能的影響54
• 3.4 預(yù)熱效果的正交模擬分析54-59
• 3.4.1 正交試驗(yàn)法基本概述54
• 3.4.2 正交表實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)54-56
• 3.4.3 正交試驗(yàn)結(jié)果分析56-59
• 3.4.4 最優(yōu)參數(shù)的數(shù)值模擬驗(yàn)證59
• 3.5 本章小結(jié)59-62
• 第四章 結(jié)論與展望62-64
• 4.1 結(jié)論62-63
• 4.2 創(chuàng)新點(diǎn)63
• 4.3 展望63-64
• 參考文獻(xiàn)64-68
• 致謝68

【參考文獻(xiàn)】

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