大功率特种柴油机改进中关键部件的热负荷分析研究

发布时间：2017-08-02 14:34

  本文关键词：大功率特种柴油机改进中关键部件的热负荷分析研究

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【摘要】：本文以陆用大功率高速柴油机的改进设计项目为背景,项目的目标是将该柴油机改进为船用大功率特种柴油机。热负荷是决定改进设计成功与否的重要因素之一,对关键部件进行热负荷评估并以此为依据评定柴油机改进设计的安全性和可靠性,是项目必不可少的工作内容之一。本文以柴油机缸盖、缸套为研究对象。首先通过应用Ansys Fluent以及Workbench软件,采用常规的FEA计算方法对缸套热负荷进行了分析,并采用耦合分离解法实现了柴油机缸盖的对流—导热单向耦合仿真分析,得到了额定工况下柴油机关键部件的温度场以及缸盖火力面的换热系数的分布情况。并且将火力面的换热系数的分布作为之后计算的输入,将缸盖以及缸套的温度场作为热负荷高低的判据。在此基础上,运用直接耦合式解法,对运行于不同冷却水流量、冷却水入口温度工况下的原机缸盖进行了热负荷仿真计算,分析冷却水参数对于缸盖热负荷的影响情况。最后,以之前的计算方法以及缸盖火力面的换热系数的分布情况为基础,针对重新匹配涡轮、排气管道后,运行于项目要求工况下的改进机型,对其缸套和缸盖进行热负荷评估,以评定柴油机改进设计的安全性和可靠性,并对热负荷评估的方法进行总结。经过以上一系列研究工作,具体得到以下结论:1.耦合分离解法与直接耦合解法都具有各自的优点与缺点,应当根据实际情况的不同选择合适的方法;在计算的初始阶段,考虑到仿真计算的可控性,推荐使用耦合分离解法来分析柴油机关键部件的热负荷情况。2.额定工况下,原机缸套、缸盖的热负荷临界温度,皆低于缸套、缸盖的热负荷临界温度值,并且最大热应力也低于材料的抗拉强度极限。因此,原机缸盖、缸套的热负荷处于合理的水平。3.在不考虑沸腾的前提下,提升冷却水流量以及降低冷却水入口温度都可以降低缸盖的温度水平,但是两种方式都需要考虑:提升冷却水流量会导致冷却水流动损失增大,降低冷却水入口温度会增大缸盖的热应力。因此,在设计、改进柴油机的冷却水系统时,需要全面考虑多方面的因素。4.在其他工况参数不变的情况下,提升柴油机的排气背压或者升高柴油机的吸气真空度,都会导致柴油机火力面的平均温度升高,并导致缸盖、缸套的热负荷水平明显升高。5.经过对柴油机燃烧室主要部件缸盖、缸套的热负荷评估分析,表明柴油机的改进设计是合理的。
【关键词】：热负荷 耦合分离解法 直接耦合式解法 冷却水参数 排气背压 吸气真空度
【学位授予单位】：中国舰船研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U664.121
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第一章 前言9-24
• 1.1 船用柴油机的基本现状及发展方向9-11
• 1.2 大功率特种柴油机热负荷概述11-13
• 1.3 国内外柴油机热负荷问题的研究现状13-21
• 1.4 论文研究内容21
• 1.5 论文研究思路21-22
• 1.6 论文研究方法22-23
• 1.7 本章小结23-24
• 第二章 船用大功率柴油机关键部件热负荷仿真模型的建立24-35
• 2.1 仿真建模的理论基础24-31
• 2.2 船用大功率柴油机关键部件几何模型的建立31-34
• 2.3 本章小结34-35
• 第三章 原机额定工况下缸套的热负荷计算35-42
• 3.1 缸套FEA计算的边界条件35-37
• 3.2 缸套温度场的计算结果分析37-38
• 3.3 额定工况下的硬度塞试验与仿真模型的校核验证38-40
• 3.4 本章小结40-42
• 第四章 原机额定工况下柴油机缸盖的热负荷计算42-53
• 4.1 缸盖冷却水侧的CFD计算42-44
• 4.2 固体域温度场的计算44-47
• 4.3 计算结果以及分析47-51
• 4.4 仿真模型的试验验证51-52
• 4.5 本章小结52-53
• 第五章 冷却水参数对原机缸盖热负荷的影响53-66
• 5.1 不同冷却水流量对于原机缸盖热负荷的影响53-61
• 5.2 不同冷却水入.温度对原机缸盖热负荷的影响61-64
• 5.3 本章小结：64-66
• 第六章 排气背压及吸气真空度对改进后柴油机关键部件热负荷的影响分析66-77
• 6.1 不同排气背压以及吸气真空度工况下火力面的边界条件66-67
• 6.2 改进后柴油机在最大排气背压与吸气真空度工况下缸套的热负荷评估67-69
• 6.3 不同排气背压工况下缸盖热负荷的计算结果与分析69-73
• 6.4 吸气真空度对缸盖热负荷的影响分析73-76
• 6.5 本章小结76-77
• 第七章 总结77-81
• 7.1 结论总结77
• 7.2 热负荷评估方法总结77-79
• 7.3 展望79-81
• 致谢81-82
• 参考文献82-84

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 夏春晶;刘玉凤;闫明;孙志礼;;气缸盖蠕变-疲劳寿命预测[J];失效分析与预防;2008年01期

2 郭东波,曾勇;船用柴油机的现状及发展[J];船海工程;2003年02期

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本文编号：609788