增压中冷柴油机热负荷分析

发布时间：2017-05-15 04:02

  本文关键词：增压中冷柴油机热负荷分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着节能减排政策的日益严格,柴油机缸内爆发压力提高到16MPa以上,缸盖-缸套热负荷大幅度增加。受到高温高压作用及冷却不均匀性产生的影响,会出现变形、漏气、龟裂、结胶、机油老化、拉缸、机油耗变大及非正常燃烧的现象,严重影响柴油机的动力性、经济性及可靠性。以增压中冷柴油机为研究对象,针对柴油机冷却不均匀性及热负荷问题进行了研究,提出了改进方案,具体开展了以下研究工作： (1)在分析发动机主要受热零件传热仿真特点的基础上,建立了内燃机缸盖-缸套-冷却水-机体流固耦合系统。耦合系统包括了固体和固体之间的耦合传热与流动,同时也包括了流体和固体之间的耦合传热与流动。将原来单个零件传热仿真时的外边界条件变为内边界,由由有限元软件进行内部处理,使得仿真更合理且简单。 (2)根据试验建立了正确的柴油机一维冷却系统模型及三维冷却水套模型。根据试验与仿真结果,对该型柴油机整机冷却水套的结构进行了优化设计,结果表明,最优设计方案能较好的提高该机整机的冷却能力,从而降低了柴油机的热负荷。其中,缸盖及机体水套平均流速分别提高了8.1%、9.8%,缸套表面流速提高了21.2,而冷却均匀性提高了51.6%,压力损失情况也有所改善。 (3)论文最后以CFD分析结果为依据,对柴油机“缸盖-缸套-冷却水-机体”系统进行了内流固耦合数值模拟,通过冷却水流场和柴油机固体传热的模拟,得出了气缸盖、机体及缸套内的温度场。对比原方案,优化方案改进明显；其中,缸套温度降低了3.6。C,缸盖水套最高温度降低了10℃；缸套变形改进幅度最大达到14.55%,平均改进幅度为4.99%；而缸盖与机体的变形与温度也有不同程度的改观。 通过流固耦合数值模拟,可以使柴油机在初始设计阶段就能详细地了解气缸盖、缸套、机体内温度的分布,并在此时就可以对其结构进行优化,从而大大缩短设计周期。
【关键词】：柴油机 CFD 热负荷 流固耦合
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TK421
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 课题研究的目的和意义9-10
• 1.2 国内外研究动态及现状10-13
• 1.2.1 国外研究动态及现状10-11
• 1.2.2 国内研究动态及现状11-13
• 1.3 论文研究的主要内容13-14
• 1.4 论文研究的技术路线14-15
• 第二章 柴油机流固耦合传热理论及模型的构建15-29
• 2.1 柴油机的基本传热关系分析15-16
• 2.2 流固耦合流动与传热基本理论16-22
• 2.2.1 流体动力学基本理论16-18
• 2.2.2 热分析基本理论18-22
• 2.3 柴油机耦合传热模型建立22-28
• 2.3.1 缸内燃烧过程仿真的技术路线22-23
• 2.3.2 缸内燃烧工作过程仿真模型的建立23-24
• 2.3.3 缸套内表面换热系数及温度24-26
• 2.3.4 缸盖燃烧室换热系数及温度26-27
• 2.3.5 冷却液侧流动换热27
• 2.3.6 进、排气道传热边界条件27-28
• 2.4 流固耦合传热界面的处理28
• 2.5 小结28-29
• 第三章 柴油机冷却水套流动特性分析29-51
• 3.1 引言29-30
• 3.2 一维冷却系统分析30-33
• 3.3 冷却水套模型分析33-36
• 3.3.1 物理模型建立33-34
• 3.3.2 冷却水套计算网格处理34-35
• 3.3.3 边界条件设置35-36
• 3.4 CFD计算结果分析36-43
• 3.4.1 冷却水套流动及换热能力分析36-42
• 3.4.2 冷却水套压力损失分析42-43
• 3.5 台架试验测量43-49
• 3.5.1 试验目的及内容43-44
• 3.5.2 试验设备44
• 3.5.3 测点布置44-45
• 3.5.4 试验方案45-46
• 3.5.5 试验结果分析46-49
• 3.6 小结49-51
• 第四章 冷却水套优化51-59
• 4.1 引言51
• 4.2 正交计算方案的建立51-53
• 4.3 正交计算最优方案确定53-57
• 4.3.1 方案分析53-56
• 4.3.2 最优方案结果分析56-57
• 4.4 小结57-59
• 第五章 柴油机热负荷分析59-85
• 5.1 引言59
• 5.2 柴油机温度场分析59-70
• 5.2.1 几何模型建立60
• 5.2.2 网格模型的建立60-62
• 5.2.3 计算边界条件的设置62-63
• 5.2.4 缸盖温度场有限元分析63-66
• 5.2.5 气缸套温度场有限元分析66-70
• 5.3 受热零部件的热应力分析70-83
• 5.3.1 模型与边界条件设置70-71
• 5.3.2 气缸盖热应力与变形分析71-72
• 5.3.3 机体热应力与热变形分析72-73
• 5.3.4 气缸套热应力与热变形分析73-83
• 5.4 小结83-85
• 第六章 全文总结与展望85-87
• 6.1 全文总结85-86
• 6.2 展望86-87
• 致谢87-89
• 参考文献89-93
• 附录A 攻读硕士学位期间参与项目及发表论文93
• 附录1 参与项目93
• 附录2 发表论文93

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 杨晓;郭涛;;CFD_FEA耦合计算分析发动机排气歧管热负荷[J];装备制造技术;2010年10期

2 毕玉华;雷基林;王贵勇;徐劲松;林玉珍;;增压中冷柴油机缸盖水套CFD分析[J];拖拉机与农用运输车;2010年03期

  本文关键词：增压中冷柴油机热负荷分析，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：366800