【摘要】：本文建立了空心充鈉氣門振蕩傳熱特性與熱應(yīng)力數(shù)值耦合分析模型,對頭部錐角從0°到30°范圍內(nèi)取不同角度時的空心充鈉氣門腔體內(nèi)部液態(tài)鈉和空氣兩相流的振蕩傳熱特性進(jìn)行了模擬分析,并通過流動性實(shí)驗(yàn)對空心充鈉氣門腔體內(nèi)部液態(tài)鈉的振蕩運(yùn)動狀態(tài)進(jìn)行了驗(yàn)證。其次,將流體分析計(jì)算得到的腔體中液態(tài)鈉的溫度場耦合到所建模型中空心氣門實(shí)體腔體內(nèi)壁上,研究分析了由腔體中流體振蕩溫度場引起的熱應(yīng)力,實(shí)現(xiàn)流固耦合熱應(yīng)力分析。研究成果如下:(1)建立了發(fā)動機(jī)空心充鈉氣門流固耦合數(shù)值分析模型,利用商用數(shù)值分析軟件的用戶自定義函數(shù)接口編程,對所建立的分析模型施加了往復(fù)運(yùn)動和交變溫度邊界條件,對空心氣門腔體內(nèi)的流體振蕩傳熱進(jìn)行了分析,然后對流體界面溫度耦合到空心氣門腔體內(nèi)表面引起的熱應(yīng)力進(jìn)行了分析計(jì)算,該方法能夠較好地實(shí)現(xiàn)從流場到固體結(jié)構(gòu)的分析。(2)研究了腔體結(jié)構(gòu)頭部錐角對空心充鈉氣門振蕩傳熱特性的影響規(guī)律。對于所研究的空心氣門,腔體頭部錐角在20°以內(nèi)時,腔體內(nèi)部的液態(tài)鈉可保持良好的振蕩傳熱特性;在15°左右存在一個獲得最佳振蕩傳熱值;超過25°后,腔體內(nèi)液態(tài)鈉的振蕩傳熱作用減小。(3)利用所建立的模型,計(jì)算得出由空心氣門腔體內(nèi)部溫度引起的氣門熱應(yīng)力分布狀態(tài),以及空心氣門的最大熱應(yīng)力主要出現(xiàn)的位置:盤部錐面結(jié)束處和氣門腔體內(nèi)大端圓角處。
【圖文】：

率等幾個相關(guān)影響因素。結(jié)果發(fā)現(xiàn)液體填充率是影響傳熱效率的一，而腔體的幾何尺寸特別是縱橫比的影響可以忽略不計(jì)。通過動和溫度場發(fā)現(xiàn)液體冷卻氣門比實(shí)心氣門傳熱效率高很多，但是集會暫時破壞振蕩效果。獻(xiàn)[35]利用 GAMBIT 軟件建立了充鈉的空心氣門腔體模型，然后在型進(jìn)行求解，分別分析研究了空心氣門腔體內(nèi)液態(tài)鈉的體積比、門腔體結(jié)構(gòu)的長徑比等要素對空心氣門振蕩傳熱的影響。對同體和實(shí)心氣門在相同工況下的熱應(yīng)力進(jìn)行了比較分析。最后將前面果作為計(jì)算條件加載到氣門動力分析模型上，分析了兩種氣門應(yīng)研究結(jié)果表明，氣門腔體內(nèi)液態(tài)鈉的體積比、凸輪轉(zhuǎn)速以及腔體對空心氣門的振蕩傳熱效果影響都較大。圖 1-1 為傳熱系數(shù)隨填線圖，當(dāng)液態(tài)金屬鈉的填充率由 20%至 90%逐漸增加時，循環(huán)平均填充率的增加呈現(xiàn)先增加后減小的特性，當(dāng)填充率在 50%-60%時，系數(shù)相對較高。

其中圖 2-2 表示空心氣門內(nèi)部結(jié)構(gòu)為圓柱形腔體，圖 2-3 表示空心氣部結(jié)構(gòu)為頭部有錐角的腔體。圖 2-1 空心氣門結(jié)構(gòu)圖中虛線部分表示空心氣門腔體中的液態(tài)金屬鈉，，設(shè)置左邊頭部端面加，其余各面均設(shè)置為散熱面。在凸輪的驅(qū)動下，空心氣門做往復(fù)直線運(yùn)動體中液態(tài)鈉也隨著氣門來回振蕩。運(yùn)動的過程中，液態(tài)鈉吸收頭部加熱面量，并攜帶熱量向腔體尾部運(yùn)動，在腔體中部和尾部將熱量傳遞給氣門桿后通過氣門導(dǎo)管將熱量傳遞出去，達(dá)到振蕩傳熱降低氣門溫度的目的。氣門空腔
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：U464

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本文編號：2603878