基于火焰加热的活塞环槽临界温度有限元分析

发布时间：2017-09-15 14:12

  本文关键词：基于火焰加热的活塞环槽临界温度有限元分析

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【摘要】：活塞作为柴油机的核心部件,承受很高的热负荷,尤其对于采用非强制冷却的高速柴油机活塞,绝大部分热量通过活塞环径向传递给缸套及冷却水,导致环槽温度过高、润滑油结焦、活塞环卡死,进而引发拉缸等柴油机故障。因此,在柴油机设计阶段需要严格控制活塞环槽的温度。另一方面,由于受到柴油机结构的限制,活塞环槽表面温度难以通过热电偶等温度传感器直接测量,以往活塞设计过程中,一般凭经验确定环槽温度限值。随着柴油机功率不断提升,活塞环槽的最高临界温度也随之升高,传统活塞环槽最高临界温度的确定方法已不能满足设计的要求。本文针对火焰加热活塞环槽温度测试试验台,利用ANSYS有限元分析软件及RBF神经网络方法,研究了基于火焰加热模型的换热边界,以及活塞环槽温度限值的确定方法,得出以下几点结论：1、在火焰加热辐射换热经验公式的基础上,引入辐射比率和修正系数τ,确定了该试验条件下活塞顶面的换热边界条件,得出该型号活塞对应的修正系数τ为1.13。2、在模拟数据的基础上,结合试验机标定工况下摩擦力的变化趋势,确定对应条件下活塞环槽温度限值,提出了一种新的活塞环槽温度限值的确定方法。并通过模拟结果与试验数值的对比,验证了模型的准确性。该测算方法将活塞顶部与环槽部位温度测量点的实测数据作为修正标准,实现了对活塞环槽温度的准确计算,该模型对于研究变工况条件下活塞环槽温度分布规律,以及解决活塞环槽温度限值设计依据不足等问题具有重要意义。
【关键词】：柴油机 活塞 有限元分析 神经网络
【学位授予单位】：大连海事大学
【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
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 概述10-12
• 1.2 活塞热负荷研究概况12-14
• 1.2.1 国外活塞热负荷研究概况12-13
• 1.2.2 国内活塞热负荷研究概况13-14
• 1.3 本文研究的主要内容14-16
• 1.3.1 研究目的及意义14
• 1.3.2 研究内容及思路14-15
• 1.3.3 拟解决的关键性问题15-16
• 第2章 有限元及热分析的理论基础16-22
• 2.1 有限元分析理论16-18
• 2.1.1 有限元分析基本理论16-17
• 2.1.2 ANSYS有限元分析软件介绍17-18
• 2.2 传热学基础18-20
• 2.2.1 温度场19
• 2.2.2 导热微分方程19-20
• 2.2.3 对流换热理论20
• 2.3 传热边界条件的分类20-22
• 第3章 活塞热边界条件研究及稳态热分析22-42
• 3.1 边界条件的计算与确定22-35
• 3.1.1 活塞外表面热边界条件计算22-29
• 3.1.1.1 活塞顶面与喷射火焰的换热23-25
• 3.1.1.2 活塞侧面与冷却介质的换热25-28
• 3.1.1.3 活塞内腔与曲轴箱内油雾之间的放热28-29
• 3.1.1.4 活塞内冷油腔的换热29
• 3.1.2 神经网络工具确定活塞燃气侧换热系数29-35
• 3.1.2.1 RBF神经网络理论及运用30-32
• 3.1.2.2 活塞燃气侧换热边界确定32-35
• 3.2 有限元分析模型的建立35-40
• 3.2.1 几何模型35-37
• 3.2.2 网格模型37-39
• 3.2.3 试验机测量参数39-40
• 3.3 活塞温度场的分析40-41
• 3.4 本章小结41-42
• 第4章 活塞环槽温度场瞬态分析及临界温度确定42-52
• 4.1 不同工况下活塞环槽温度分布42-49
• 4.1.1 改变加热功率42-46
• 4.1.1.1 ANSYS瞬态热分析流程42-43
• 4.1.1.2 活塞加热边界条件确定43
• 4.1.1.3 温度场结果分析43-46
• 4.1.2 改变冷却水流量46-48
• 4.1.2.1 活塞冷却边界条件确定46
• 4.1.2.2 温度场结果分析46-48
• 4.1.3 误差分析48-49
• 4.2 标定工况下活塞环槽温度限值确定49-51
• 4.3 本章小结51-52
• 第5章 结论52-54
• 5.1 结论52
• 5.2 展望52-54
• 参考文献54-57
• 致谢57-58
• 作者简介58

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本文编号：856999