发动机缸盖感应加热线圈设计方法研究

发布时间：2017-08-04 10:43

  本文关键词：发动机缸盖感应加热线圈设计方法研究

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【摘要】：电磁感应加热因具有高效、清洁、易于控制的优点,被越来越多的用于发动机热疲劳模拟试验台。以往,研究者们主要根据工程经验来设计感应线圈,这种方式不仅需要对线圈进行反复修改,而且最终设计出来的线圈往往不能很准确的模拟被试件的热载荷。为了解决这一问题,本文从电磁感应加热理论入手,采用有限元数值分析的手段,研究感应线圈不同参数对感应加热温度分布的影响规律,从而指导感应线圈的设计,使感应加热达到更好的热载荷模拟效果,提高热疲劳模拟试验的准确度。主要研究内容包括： 1、采用ANSYS软件,针对线圈形状、线圈与被加热面间的距离、线圈铜管宽度和铜管之间间距这四个参数的不同水平,进行电磁感应加热磁热耦合仿真,计算了不同参数水平下的加热温度分布；通过仿真结果的对比分析,研究了这些参数对加热温度分布的影响规律。结果表明：感应加热温度场高温区域的形状与线圈形状相似；线圈与被加热面之间距离越小,加热温度幅值越大,但对温度分布基本无影响；铜管越细或铜管间距越小,加热最高温度越高,且高温区域向平板边缘移动。 2、为验证ANSYS磁热耦合仿真模型的准确性,设计了平板感应加热测温试验,测试了平板被加热面的温度,并与仿真结果进行比较,最大偏差值为9.0%,表明仿真模型具有较高的准确度。 3、针对某型号四气门柴油机缸盖的温度分布特点,设计了感应加热线圈,对比了缸盖电磁感应加热温度和实测温度,结果表明,该线圈能较好的模拟四气门缸盖鼻梁区和喷油器安装孔等关键区域的温度分布。
【关键词】：感应加热 热疲劳 数值分析 缸盖 线圈设计
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK403
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-12
• 1 绪论12-23
• 1.1 课题研究背景12-13
• 1.2 国内外研究现状13-22
• 1.2.1 发动机热疲劳模拟试验研究现状13-16
• 1.2.2 感应加热数值仿真研究现状16-21
• 1.2.3 国内外研究的不足21-22
• 1.3 课题研究内容与目标22-23
• 2 电磁感应加热基础理论23-40
• 2.1 电磁感应加热原理及特点23-28
• 2.1.1 电磁感应加热原理23-25
• 2.1.2 集肤效应和透入深度25-26
• 2.1.3 邻近效应与圆环效应26-27
• 2.1.4 透入式加热和传导式加热27-28
• 2.2 电磁感应加热有限元模型28-39
• 2.2.1 电磁场有限元模型28-36
• 2.2.2 温度场有限元模型36-39
• 2.3 本章小结39-40
• 3 ANSYS磁热耦合模型的建立40-50
• 3.1 耦合场分析方法40-42
• 3.1.1 ANSYS的一般分析过程40-41
• 3.1.2 ANSYS磁热耦合分析方法41-42
• 3.2 数值仿真模型的建立42-49
• 3.2.1 问题的描述与简化42-45
• 3.2.2 材料特性45-46
• 3.2.3 几何模型的建立46
• 3.2.4 网格的划分46-49
• 3.2.5 边界条件的确定49
• 3.3 本章小结49-50
• 4 仿真研究及结果分析50-62
• 4.1 仿真研究方案50-52
• 4.2 仿真结果分析52-60
• 4.2.1 形状对加热效果的影响52-54
• 4.2.2 距离对加热效果的影响54-57
• 4.2.3 铜管宽度对加热效果的影响57-59
• 4.2.4 铜管间距对加热效果的影响59-60
• 4.3 本章小结60-62
• 5 试验验证及应用62-75
• 5.1 试验验证62-66
• 5.1.1 试验系统的总体构成62-65
• 5.1.2 试验及结果对比分析65-66
• 5.2 针对缸盖的感应线圈设计66-73
• 5.2.1 缸盖模型的简化及温度场计算67-71
• 5.2.2 感应线圈设计及验证71-73
• 5.3 本章小结73-75
• 6 全文总结与展望75-77
• 6.1 全文总结75-76
• 6.2 工作展望76-77
• 参考文献77-82
• 致谢82

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