中空充钠气门的热性能分析及数值模拟研究

发布时间：2023-06-05 04:49

　　气门是发动机配气机构中的核心零部件,也是确保发动机有着良好经济性能、动力性能、可靠性以及耐久性的重要零部件。但随着发动机强化程度的不断提高,以及多气门技术的推广应用,使得排气门的热负荷不断增加,原有通过气门锥面与气门座圈接触导热的冷却方法已经逐渐达到散热瓶颈,开发全新的排气门冷却技术成为紧迫的现实需求,中空充钠气门就是在这样的背景下应运而生的。本文以Santana AFE型发动机为分析对象,选取了转速为800r/min、3100r/min、5200r/min的三个发动机工况点,对比了实心杆排气门与中空充钠排气门的热负荷及温度场分布情况。首先对排气门实物进行了反向测绘,得到了排气门的精确尺寸数据,并利用相关尺寸数据在Solidworks软件中建立了排气门的三维模型;之后根据AFE型发动机的配气机构数据利用配气机构设计软件AVL Timing Excite Drive对配气机构进行了重新设计,得到了排气门速度、加速度随时间的变化曲线;根据排气门振荡速度与高温热管蒸汽通道轴向速度的对比及相关文献佐证,进行了中空充钠气门与高温热管传热机理等效处理的可行性分析;然后运用GT-Suit软件模拟计算...

【文章页数】：63 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 课题的研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
    1.3 本文研究的主要内容
第二章 排气门传热模型的建立
    2.1 排气门参数化模型的建立
        2.1.1 Solidworks软件介绍
        2.1.2 排气门零件实物的反求测绘
        2.1.3 建立实心杆排气门模型
        2.1.4 中空充钠排气门模型的建立
    2.2 传热分析基本理论
        2.2.1 传热学基本理论
        2.2.2 基本方程
    2.3 排气门的工况分析
        2.3.1 排气门开启/关闭阶段的工况分析
        2.3.2 排气门传热边界区域划分
    2.4 本章小结
第三章 排气门运动学特征的求解
    3.1 配气机构设计分析
        3.1.1 原配气机构设计参数
        3.1.2 配气凸轮设计参数的验证
    3.2 配气凸轮设计理论
        3.2.1 配气凸轮设计准则
        3.2.2 基本段型线分类
        3.2.3 缓冲段的设计
    3.3 排气门速度曲线的求解
        3.3.1 AVL Excite Timing Drive软件介绍
        3.3.2 配气凸轮型线设计
        3.3.3 排气门的运动学分析
        3.3.4 设计结果的评价分析
    3.4 本章小结
第四章 排气门热边界条件分析
    4.1 发动机示功图的计算
        4.1.1 GT-SUITE软件介绍
        4.1.2 零维发动机模型的建立
    4.2 排气门各处环境温度及换热系数的计算
        4.2.1 排气门底部与高温燃气的换热
        4.2.2 排气门锥面的加热和冷却
        4.2.3 排气门颈部与高温废气的换热
        4.2.4 气门杆与气门导管的换热
        4.2.5 气门杆与气阀罩内热空气的换热
    4.3 中空充钠气门内部传热机理的讨论
        4.3.1 中空充钠气门与高温热管内部传热机理等效处理的可行性分析
        4.3.2 腔内等效热导率的计算
    4.4 本章小结
第五章 排气门的有限元分析
    5.1 有限元分析流程
        5.1.1 Ansys及 Ansys Workbench介绍
        5.1.2 有限元法分析的基本流程
    5.2 实心杆排气门仿真结果及分析
        5.2.1 制作边界条件表格
        5.2.2 气门组材料属性
        5.2.3 仿真结果分析
    5.3 中空充钠排气门的仿真结果及分析
    5.4 实心杆排气门与中空充钠排气门的传热性能对比
    5.5 本章小结
第六章 结论及展望
    6.1 主要结论
    6.2 后续研究工作的展望
参考文献
致谢



本文编号：3831717