活塞设计参数与热损伤关联分析

发布时间：2017-08-12 12:26

  本文关键词：活塞设计参数与热损伤关联分析

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【摘要】：近年来随着对柴油机的不断强化,柴油机活塞的热负荷也不断增加,过高的热负荷会使柴油机活塞产生活塞顶开裂、烧穿,活塞顶部产生麻坑、塌陷,活塞环胶结等热损伤现象,严重影响了柴油机工作的可靠性与耐久性。所以改善活塞工作环境,降低活塞工作时过高的热负荷,对于提高柴油机整机性能具有重要意义。本文首先通过对一种机型进行瞬态缸内燃烧和喷油冷却模拟,通过比较不同尺度网格、碰撞模型、湍流模型等计算模型对仿真结果的影响后选出最优模型进行仿真计算并与试验结果进行比对,将计算模型标定好之后应用到其他三种机型的活塞热边界条件计算中。其次,对四种活塞的温度场和热应力场进行计算并展开分析。最后,修改包括火力岸高度、油环距活塞顶面距离、材料属性在内的多种活塞设计参数,考察不同设计参数对活塞热负荷的影响并给出活塞热负荷随活塞设计参数变化的规律,为生产实际提供支持。活塞温度场分析表明,活塞的温度场分布很不均匀,最高温度发生在燃烧室喉口附近,最低温度发生在活塞底部,此外活塞第一环槽位置处温度也较高。对于活塞温度场随活塞设计参数的变化有：(1)随着火力岸高度的增加,活塞头部及第一环槽温度呈增加趋势。(2)随着燃烧室喉口半径的增加,活塞喉口温度呈递减趋势。(3)当活塞没有内冷油腔时,活塞头部温度及第一环槽温度大幅提高。(4)随着内冷油腔与活塞顶面的距离逐渐接近,活塞头部及第一环槽温度逐渐降低。(5)随着油腔表面积逐步增大,活塞头部及第一环槽温度呈逐步降低趋势。(6)随着材料导热系数增加,活塞头部及第一环槽温度呈逐步降低趋势。活塞热应力场分析表明,活塞热应力场分布并不均匀,由于冷却油腔与第二环槽位置处温度梯度最大所以活塞最大热应力出现在第二环槽位置处,另外,燃烧室喉口及活塞内腔顶部的热应力也较高,其余位置处的热应力并不高。活塞热应力场随活塞设计参数的变化有：(1)随着火力岸高度的增加,活塞最大热应力变化不大,但燃烧室喉口位置的热应力随着火力岸高度的增加而降低。(2)随着燃烧室喉口半径的增大,燃烧室喉口位置的热应力呈逐渐降低趋势。(3)去掉活塞的内冷油腔对活塞顶部的影响要大于对活塞底部的影响。当活塞去掉内冷油腔后,活塞最高热应力及燃烧室喉口位置的热应力呈逐步下降趋势。(4)当油腔位置逐渐靠近第二环槽位置时,活塞最大热应力呈递增趋势。随着油腔位置逐渐靠近活塞顶面,燃烧室喉口热应力呈递增趋势。(5)当油腔表面积逐渐减小时,活塞最大热应力及燃烧室喉口位置的热应力呈逐步降低趋势。(6)随着活塞材料导热系数的增加,活塞整体热应力呈逐步降低状态。(7)随着材料线膨胀系数的增加,活塞整体热应力呈增加的趋势。
【关键词】：柴油机活塞 热负荷 活塞设计参数
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK423
【目录】：

• 摘要10-12
• ABSTRACT12-14
• 第1章 绪论14-20
• 1.1 研究目的及意义14
• 1.2 国内外研究现状14-18
• 1.2.1 柴油机缸内燃烧研究动态14-15
• 1.2.2活塞喷油冷却研究动态15
• 1.2.3 活塞热负荷国内外研究动态15-18
• 1.3 课题研究内容18-20
• 第2章 活塞温度场边界条件计算20-42
• 2.1 机型一柴油机参数20
• 2.2 燃气侧热边界条件20-27
• 2.2.1 网格模型21
• 2.2.2 破碎模型21-24
• 2.2.3 网格尺度24-26
• 2.2.4 燃烧模型26
• 2.2.5 模型可行性验证26-27
• 2.3 内冷油腔热边界条件27-37
• 2.3.1 几何模型27-28
• 2.3.2 网格模型28-29
• 2.3.3 计算模型29
• 2.3.4 边界层数目不同对喷油冷却计算的影响29-32
• 2.3.5 不同油腔网格尺度对喷油冷却计算的影响32-33
• 2.3.6 不同湍流模型对喷油冷却计算结果的影响33-35
• 2.3.7 计算结果分析35-37
• 2.4 活塞其余部位热边界条件37-39
• 2.5 本章小结39-42
• 第3章 活塞温度场计算42-62
• 3.1 活塞热分析理论基础42-44
• 3.2 活塞模型及网格划分44-45
• 3.3 温度场计算边界条件45-46
• 3.4 活塞材料属性46
• 3.5 活塞温度场结果及分析46-49
• 3.6 活塞结构对活塞温度场的影响49-61
• 3.6.1 火力岸高度对活塞温度场的影响49-51
• 3.6.2 燃烧室喉口半径对喉口温度场的影响51-52
• 3.6.3 有无内冷油腔对活塞温度场的影响52-54
• 3.6.4 内冷油腔中心线到活塞顶部距离对活塞温度场的影响54-56
• 3.6.5 不同油腔表面积对活塞温度场的影响56-59
• 3.6.6 材料不同导热系数对活塞温度场的影响59-61
• 3.7 本章小结61-62
• 第4章 活塞热应力场计算62-82
• 4.1 热弹性基本理论62-66
• 4.1.1 热应变基本关系式62-64
• 4.1.2 热弹性应变协调方程64
• 4.1.3 热弹性运动方程64-65
• 4.1.4 边界条件65-66
• 4.2 活塞设计参数对活塞热应力的影响66-79
• 4.2.1 热应力场计算66-67
• 4.2.2 火力岸高度对活塞热应力的影响67-69
• 4.2.3 燃烧室喉口半径对喉口热应力场的影响69-70
• 4.2.4 有无内冷油腔对活塞热应力的影响70-72
• 4.2.5 内冷油腔中心线到活塞顶部距离对活塞热应力的影响72-74
• 4.2.6 不同油腔表面积对活塞热应力场的影响74-76
• 4.2.7 材料不同导热系数对活塞热应力场的影响76-77
• 4.2.8 材料不同线膨胀系数对活塞热应力场的影响77-79
• 4.3 本章小结79-82
• 第5章 总结与展望82-84
• 5.1 课题总结82-83
• 5.2 课题展望83-84
• 参考文献84-88
• 致谢88-89
• 附件89

【共引文献】

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本文编号：661604