柴油机缸盖流固耦合的传热研究

发布时间：2017-09-04 00:08

  本文关键词：柴油机缸盖流固耦合的传热研究

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【摘要】：气缸盖是内燃机中结构最为复杂的主要零部件之一,用于密封气缸的顶部,与活塞顶面和气缸内壁一起组成燃烧室空间,它在柴油机工作过程中所处环境十分恶劣,不仅直接承受燃气燃烧产生的高温高压,而且深受内部冷却液流动的影响。随着柴油机强化程度的不断提高,对于改善柴油机关键零部件性能的要求越来越高,气缸盖热负荷与传热问题更加成为国内外研究者关注的重点,因此,基于流固耦合方法的柴油机气缸盖传热研究对于分析气缸盖热负荷情况及改善柴油机零部件性能具有重大的意义。本文通过大量地查阅相关文献资料,针对国内外柴油机缸盖传热的研究现状,以某中型四缸柴油机气缸盖为研究对象,建立了柴油机燃烧室和冷却系统的有限元模型,通过CFD软件AVL-FIRE完成缸内燃烧过程和冷却系统的三维数值仿真计算,分析评价缸内燃烧室空间内换热系数与温度场分布、冷却系统的流场分布及缸盖水套的温度场分布情况,同时得到缸盖火力面与冷却水套壁面包含换热系数和温度信息的热边界条件;利用有限元前处理软件Hypermesh划分出柴油机缸盖的有限元模型,通过AVL-FIRE软件的映射功能将上述热边界条件映射到缸盖有限元面网格上,得到一个包含热边界条件的文件,用于后续的缸盖温度场耦合计算;最后,使用有限元分析软件ABAQUS耦合计算方面的的理论知识,通过流固耦合的方法,多次循环迭代,得到接近实际的柴油机缸盖的温度场分布情况,实现柴油机气缸盖壁面与冷却液、燃烧燃气在耦合作用的传热研究。采用硬度塞测温法进行气缸盖温度场测试试验,将获得的温度测量数据与计算结果对比、验证仿真计算的有效性。表明该柴油机缸盖温度场分布合理,最高温度远低于材料的极限工作温度。本文的研究工作对于分析柴油机缸盖温度场分布的合理性具有一定的指导意义。
【关键词】：柴油机 气缸盖 冷却水套 流固耦合 温度场
【学位授予单位】：辽宁工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK42
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-18
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 国内外研究概况11-14
• 1.2.1 气缸盖国外研究现状12-13
• 1.2.2 气缸盖国内研究现状13-14
• 1.3 本文研究的主要内容及思路14-18
• 1.3.1 研究的主要内容14-15
• 1.3.2 研究思路15-18
• 2 内燃机传热基础理论18-25
• 2.1 内燃机传热形式与过程18-19
• 2.2 缸盖传热过程19
• 2.3 缸盖热传导计算19-20
• 2.4 缸盖底面传热计算20-21
• 2.5 冷却水套传热计算21-22
• 2.6 流固耦合传热数学模型及温度场计算的边界条件22-24
• 2.7 本章小结24-25
• 3 缸内燃烧过程的三维数值仿真25-33
• 3.1 AVL-FIRE软件简介25-27
• 3.2 燃烧室的建模及前处理27-29
• 3.3 初始条件及边界条件的定义29-30
• 3.4 计算模型的选择及参数设置30
• 3.5 计算结果分析30-32
• 3.6 本章小结32-33
• 4 冷却系统的三维数值仿真33-43
• 4.1 冷却水套的建模及前处理33-35
• 4.2 初始条件及边界条件的定义35-36
• 4.3 计算模型的选择及参数设置36
• 4.4 计算结果分析36-42
• 4.5 本章小结42-43
• 5 缸盖温度场的计算43-54
• 5.1 ABAQUS软件简介43
• 5.2 缸盖有限元模型的建立43-45
• 5.3 MPC文件的生成45-46
• 5.4 热边界条件的映射46-49
• 5.5 缸盖材料的物性参数49
• 5.6 计算程序的编程49
• 5.7 气缸盖温度场计算结果分析49-53
• 5.8 本章小结53-54
• 6 缸盖温度场仿真结果试验验证54-59
• 6.1 缸盖温度场测试试验54-57
• 6.1.1 硬度塞测温法简介54
• 6.1.2 硬度塞加工与HV-T标准曲线制作54-56
• 6.1.3 温度测试点布置及安装56-57
• 6.1.4 缸盖温度场测试试验57
• 6.2 温度测量结果与计算结果对比57-58
• 6.3 本章小结58-59
• 7 总结及展望59-61
• 7.1 总结59-60
• 7.2 展望60-61
• 参考文献61-63
• 攻读硕士期间发表学术论文情况63-64
• 致谢64

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本文编号：788154