某8缸柴油机气缸盖热—流—固多场耦合分析

发布时间：2017-08-27 14:13

  本文关键词：某8缸柴油机气缸盖热—流—固多场耦合分析

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【摘要】：当前柴油机的设计正向着高强载化不断迈进,要求柴油机输出更大的功率,但同时要求体积更小,重量更轻,这就使柴油机结构承受着更大的热负荷和机械负荷。对柴油机的冷却性能和强度性能进行足够准确的设计和控制变得十分重要。相比试验研究,数值模拟研究因方便、快速、成本低,且经过多年来的验证,其计算结果也较为可靠,已经成为柴油机设计的重要手段。本文以某8缸柴油机整机水套和单缸水套、缸盖及缸套为研究对象,运用FLUENT和ANSYS-Workbench,实现了从流-固耦合到热-机械耦合的多场耦合联合仿真,并做了改进研究。首先运用Pro/E对几何模型作出必要处理,利用ICEM划分计算网格,随后用FLUENT进行了整机冷却水套的CFD分析,并将模拟结果与试验结果进行了对比验证。研究了进水总管末端长度对各缸冷却水流量的影响,发现适当的延长进水总管末端长度,可以有效平衡各缸冷却水流量。然后选取冷却效果较差的第8缸,利用FLUENT进行了单缸水套-缸盖-缸套的流-固耦合传热模拟,之后提出将特定的两个上水孔改为切向上水孔。对比改动前、后的冷却效果,发现改动提高了水套冷却水平均流速,局部流动状况得到改善,换热系数有所提高。最后,将流.固耦合传热分析得到的气缸盖温度场计算结果作为热载荷导入到Workbench中,结合燃气爆发压力及螺栓预紧力等机械载荷,模拟计算出缸盖的应力场,计算结果表明,缸盖应力符合强度要求。
【关键词】：柴油机 缸盖 泠却水套 多场耦合
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK421
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-16
• 1.1 课题研究的背景及意义8-10
• 1.2 柴油机流-固耦合及多场耦合研究进展及趋势10-13
• 1.2.1 国内研究进展10-11
• 1.2.2 国外研究进展11-13
• 1.2.3 柴油机冷却及强度问题数值模拟研究的趋势13
• 1.3 本文的主要工作13-16
• 2 研究依据的理论基础及计算工具16-23
• 2.1 热传导基本理论16-17
• 2.2 流-固耦合计算理论17-20
• 2.2.1 流动及传热控制方程17-18
• 2.2.2 湍流模型18-19
• 2.2.3 近壁面模型19-20
• 2.3 热-机械耦合计算理论20-21
• 2.4 研究使用软件简介21-23
• 3 整机冷却水流动CFD模拟及分析23-37
• 3.1 水套几何模型的建立23-25
• 3.2 冷却水套的网格划分25-26
• 3.3 模拟计算前的相关设置26-28
• 3.3.1 冷却液物性参数26-27
• 3.3.2 边界条件及求解方法27-28
• 3.4 数值模拟结果及分析28-32
• 3.4.1 水套速度场分析28-30
• 3.4.2 水套压力场分析30-31
• 3.4.3 有效性验证31-32
• 3.5 进水总管末端长度对各缸流量影响探究32-36
• 3.6 本章小结36-37
• 4 单缸流-固耦合传热分析37-63
• 4.1 几何模型的建立及网格划分37-42
• 4.2 模型材料的种类和物理性质42
• 4.3 边界条件的确定42-45
• 4.3.1 流体域边界条件42-43
• 4.3.2 固体域边界条件43-45
• 4.4 模拟结果分析45-52
• 4.4.1 缸盖及缸套温度场分析45-48
• 4.4.2 单缸水套冷却特性分析48-52
• 4.5 改进方案及分析52-61
• 4.5.1 方案介绍53-54
• 4.5.2 改动后水套冷却特性分析54-60
• 4.5.3 改动后缸盖及缸套温度场分析60-61
• 4.6 本章小结61-63
• 5 缸盖热-机械耦合强度分析63-71
• 5.1 计算模型的建立63-64
• 5.2 载荷施加及边界条件64-65
• 5.2.1 热载荷的施加64
• 5.2.2 机械载荷的施加及边界条件64-65
• 5.3 结果分析65-69
• 5.4 缸盖强度校核69-70
• 5.5 本章小结70-71
• 6 总结与展望71-74
• 6.1 全文工作总结71-72
• 6.2 工作展望72-74
• 参考文献74-77
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况77-78
• 致谢78-79

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 张小矛;LI Gang;;V型发动机冷却水套改进及三维数值模拟分析[J];车用发动机;2007年01期

2 屈盛官,黄荣华,孙自树;高强化大功率柴油机冷却系水流分布研究[J];华中科技大学学报;2001年08期

3 陈群,刘巽俊,李骏,李康,陈海娥,强鸿;CA498型车用柴油机冷却水套的CFD分析[J];汽车技术;2003年11期

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本文编号：745724