发动机气缸盖内复杂流动与传热的仿真研究

发布时间：2017-04-16 03:19

  本文关键词：发动机气缸盖内复杂流动与传热的仿真研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 气缸盖作为发动机的关键零部件,结构复杂,在发动机工作过程中承受较高的热负荷和机械负荷。在某些设计不当或冷却不充分的地方容易造成局部过热,在高低频热冲击的作用下很容易产生裂纹而造成气缸盖的失效,影响发动机的强度和可靠性。因此,快速、高效地设计良好的气缸盖及其冷却水腔结构对于发动机的热负荷评价有着相当重要的意义。 本文以某型待开发的汽油发动机气缸盖及其冷却水腔为研究对象,通过分析发动机受热零部件的传热过程,结合冷却系统的结构及冷却液的流动特点,建立了发动机气缸盖内复杂流动与传热仿真计算的物理模型,并选定了相应的数学模型。 在确定气缸盖及其冷却水腔计算模型的基础上,通过对计算模型进行网格独立性计算,确定了既能满足计算精度又能充分利用现有计算机资源的网格尺寸,并对流、热耦合计算模型进行了合理的网格划分。对气缸盖及其冷却水腔流、热耦合计算的流动及传热边界条件进行了系统、详细地论述,通过计算对比确定了气缸盖底面热边界条件的最佳施加方式。 总结了气缸盖的设计评价原则。通过对经验设计的气缸盖及其冷却水腔在发动机最大热负荷工况下的流、热耦合计算结果进行评价,找出结构中存在的不足,并有针对性地提出三种改型设计方案。通过对改型方案模型计算并与原方案进行比较,确定出满足冷却要求的最佳设计方案。并在该方案模型的基础上,对影响气缸盖内复杂流动与传热性能的因素进行了分析,为气缸盖及其冷却水腔的进一步优化设计提供改进思路。
【关键词】：汽油机 气缸盖 冷却水腔 直接流、热耦合 仿真
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TK401
【目录】：

• 致谢5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 绪论11-21
• 1.1 研究背景及意义11-13
• 1.1.1 研究背景11-13
• 1.1.2 研究意义13
• 1.2 发动机气缸盖内复杂流动与传热的仿真研究概况13-17
• 1.2.1 国外研究现状14
• 1.2.2 国内研究现状14-16
• 1.2.3 发动机燃烧室零部件整体耦合传热仿真难点分析16-17
• 1.3 研究方法及研究内容17-19
• 1.3.1 研究方法17-18
• 1.3.2 研究内容18-19
• 1.4 本文结构19-21
• 2 气缸盖内复杂流动与传热的数学模型21-34
• 2.1 物理模型21-22
• 2.2 数学模型22-31
• 2.2.1 流体运动的控制方程22-24
• 2.2.2 湍流模型及壁面函数法24-30
• 2.2.3 本文所采用的数学模型30-31
• 2.3 数值计算方法31-32
• 2.4 CFX软件介绍32-33
• 2.5 本章小结33-34
• 3 几何模型及网格划分34-49
• 3.1 几何模型的建立与简化34-37
• 3.1.1 几何模型的建立34-36
• 3.1.2 几何模型的简化36-37
• 3.2 计算网格的划分37-42
• 3.2.1 网格生成技术37-38
• 3.2.2 计算模型网格划分38-42
• 3.3 单值性条件42-48
• 3.3.1 初始条件42-43
• 3.3.2 边界条件43-48
• 3.3.2.1 流动边界条件43-44
• 3.3.2.2 传热边界条件44-48
• 3.4 本章小结48-49
• 4 气缸盖内复杂流动与传热仿真计算及分析49-72
• 4.1 计算参数的确定49-55
• 4.1.1 以平均燃气温度作为燃烧室表面环境温度50-51
• 4.1.2 以等效燃气温度作为燃烧室表面环境温度51-52
• 4.1.3 以循环瞬时燃气温度作为燃烧室表面环境温度52-54
• 4.1.4 燃烧室表面环境温度施加方式的确定54-55
• 4.2 气缸盖及其冷却水腔的流场和温度场计算结果及分析55-61
• 4.2.1 气缸盖的设计评价原则55-57
• 4.2.2 速度场分析57-58
• 4.2.3 温度场分布及换热分析58-60
• 4.2.4 压力损失分析60-61
• 4.3 气缸盖及其内部冷却水腔结构设计存在的不足及改进61-71
• 4.3.1 气缸盖及其内部冷却水腔结构设计存在的不足61-62
• 4.3.2 气缸盖及其内部冷却水腔结构改进62-63
• 4.3.3 改型方案模型与原方案模型计算结果对比63-71
• 4.4 本章小结71-72
• 5 气缸盖内流动与传热性能的影响因素分析72-93
• 5.1 环境参数的影响72-78
• 5.1.1 外界环境温度的影响72-74
• 5.1.2 空气流动速度的影响74-76
• 5.1.3 飞行高度的影响76-78
• 5.1.4 小结78
• 5.2 结构参数的影响78-81
• 5.3 流动参数的影响81-91
• 5.3.1 冷却液入口速度的影响82-85
• 5.3.2 冷却液入口温度的影响85-88
• 5.3.3 冷却水腔表面粗糙度的影响88-91
• 5.4 本章小结91-93
• 6 研究结论及今后工作展望93-96
• 6.1 全文研究工作总结93-94
• 6.2 今后工作展望94-96
• 参考文献96-99
• 作者简历99-101
• 学位论文数据集101

【引证文献】

中国硕士学位论文全文数据库 前4条

1 高岚;CNG发动机典型零部件强度计算与疲劳可靠性分析[D];大连理工大学;2009年

2 孙红飞;发动机缸盖冷却水道流场及冷却特性的分析研究[D];北京交通大学;2010年

3 陈志娥;冷却水套结构对卧式柴油机冷却水流动特性影响研究[D];昆明理工大学;2010年

4 常超;基于热—机耦合的发动机缸盖承载分析[D];北京交通大学;2011年

  本文关键词：发动机气缸盖内复杂流动与传热的仿真研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：309902