柴油机缸套—活塞瞬态传热仿真分析

发布时间：2017-09-18 11:08

  本文关键词：柴油机缸套—活塞瞬态传热仿真分析

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【摘要】：在现代社会中，柴油机在大型客车、重型汽车、船舶、工程机械、发电机组等方面得到了广泛的应用，这是因为柴油机具有一些诸如热效率高和经济性能好、扭矩大等优点。但是笨重、噪声大，令许多人对柴油机的印象不好，对于柴油机在经济、动力、排放等方面性能指标的要求的不断提高，在对其构造上的设计优化、改进的标准也会越来越高。所以提高柴油机的可靠性就显得尤为重要，可以通过优化柴油机燃烧室内部的工作环境和恶劣条件，使柴油机更安全高效地运作。柴油机的热平衡分析和热可靠性分析的基础主要是研究柴油机主要受热零部件的传热过程。 本文在分析柴油机燃烧室内的传热状态的基础上，对柴油机主要受热零部件缸套-活塞进行传热仿真，其中以活塞-缸套之间相互耦合的子系统作为传热模型。在耦合系统中，对各个零部件之间接触的边界条件作相对应的处理，使原来单个零件的外边界条件转化为内边界条件，由有限元分析软件直接对其内部计算。建立系统瞬态传热动接触模型，对算例在标定工况下一个工作循环内的柴油机周期性瞬态传热进行数值仿真，并与稳态传热进行对比分析。 本文研究的主要内容包括: （1）在对柴油机缸套-活塞的传热规律进行分析的基础上，建立算例机型的活塞-缸套传热模型。以4100QBZ型柴油机作为算例，在额定工况下对其稳态传热进行仿真计算，为后文中的活塞-缸套瞬态分析奠定基础。 （2）针对柴油机周期性传热过程中缸套内壁的边界条件施加困难的难点，对单个缸套的周期性瞬态进行传热仿真，，解决其中边界条件确定和边界条件施加的困难，为活塞-缸套的周期性传热仿真提供更优化更省时的方法。 （3）在对柴油机中活塞-缸套的相对运动规律和周期性传热特点研究分析的基础上，建立以活塞-缸套为主的动接触传热模型。计算模拟算例机型在标定工况下的活塞-缸套的周期性瞬态传热，得到在标定工况时周期性瞬态传热条件下的活塞-缸套表层温度的分布规律，并据此对活塞-缸套的传热与柴油机往复循环工作之间的关系作了分析。 综上所述，本文对柴油机活塞-缸套的有限元分析，得到算例机型活塞-缸套在标定工况下的稳态温度场，单个零件缸套的周期性瞬态温度场和活塞-缸套的周期性瞬态温度场。针对数值仿真的结果进行分析对比，为设计优化和结构改进提供理论支持。
【关键词】：柴油机 活塞-缸套 传热 瞬态 数值仿真
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK423
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-8
• 目录8-11
• 第一章 绪论11-21
• 1.1 缸套-活塞传热分析的意义11-12
• 1.2 内燃机传热研究的特点及发展目标12-14
• 1.2.1 内燃机传热研究中实验的特点12-13
• 1.2.2 内燃机传热研究中仿真的特点13
• 1.2.3 内燃机仿真技术的发展目标13-14
• 1.3 内燃机传热研究仿真的现状14-17
• 1.3.1 内燃机燃烧室零部件传热仿真14-15
• 1.3.2 冷却系统和润滑系统传热仿真15-16
• 1.3.3 整机传热仿真16-17
• 1.3.4 内燃机传热研究的难点17
• 1.4 课题研究的难点及主要内容17-21
• 1.4.1 课题研究的难点分析17-18
• 1.4.2 课题研究的主要内容和关键点18-21
• 第二章 缸套-活塞传热分析的概述21-35
• 2.1 有限元法的概述21-25
• 2.1.1 有限元法解析过程和方法22-24
• 2.1.2 有限元法分析的发展方向24-25
• 2.2 传热学的基本理论25-30
• 2.2.1 温度场相关理论25-26
• 2.2.2 导热理论26-28
• 2.2.3 定解条件28-29
• 2.2.4 对流传热理论29-30
• 2.2.5 热辐射理论30
• 2.3 接触问题相关理论30-32
• 2.3.1 接触条件分类30-31
• 2.3.2 接触力的计算31-32
• 2.3.3 接触问题的解析过程32
• 2.4 本章小结32-35
• 第三章 系统模型的建立和求解35-41
• 3.1 模型的建立35-36
• 3.2 模型的说明36-37
• 3.2.1 建模求解中的简化和假设36
• 3.2.2 系统模型中的基本换热关系36-37
• 3.3 燃烧室换热边界条件37-39
• 3.3.1 活塞顶面的换热37
• 3.3.2 缸套内表面的换热37-38
• 3.3.3 缸套外侧表面的换热38
• 3.3.4 冷却水侧流动的换热38-39
• 3.3.5 活塞内冷却油腔的换热39
• 3.4 本章小结39-41
• 第四章 缸套-活塞稳态温度场有限元分析41-53
• 4.1 概述41-42
• 4.1.1 稳态仿真适用范围41
• 4.1.2 研究算例机型说明41-42
• 4.2 系统模型的仿真42-50
• 4.2.1 基本参数准备42-43
• 4.2.2 模型前处理及网格划分43-44
• 4.2.3 边界条件的施加44-48
• 4.2.4 仿真计算的结果及分析48-50
• 4.3 本章小结50-53
• 第五章 缸套周期性瞬态温度场分析53-61
• 5.1 概述53-54
• 5.1.1 瞬态研究的主要目的53
• 5.1.2 瞬态研究的基本方法53-54
• 5.2 系统模型的仿真54-59
• 5.2.1 模型前处理及网格划分54
• 5.2.2 边界条件的施加54-56
• 5.2.3 仿真计算的结果及分析56-59
• 5.3 仿真结果对比分析59-60
• 5.4 本章小结60-61
• 第六章 缸套-活塞周期性瞬态温度场分析61-75
• 6.1 概述61
• 6.1.1 动接触模型的简述61
• 6.2 活塞-缸套的动接触模型61-63
• 6.2.1 活塞-缸套的相对位置关系61-62
• 6.2.2 活塞-缸套动接触模型的边界条件施加62-63
• 6.3 仿真计算的结果及分析63-71
• 6.3.1 仿真计算结果63-68
• 6.3.2 零部件仿真结果分析68
• 6.3.3 系统循环模型仿真结果分析68-71
• 6.4 仿真结果的对比分析71-73
• 6.5 本章小结73-75
• 第七章 总结与展望75-79
• 7.1 总结75-76
• 7.2 展望76-79
• 参考文献79-83
• 致谢83-85
• 攻读学位期间发表的学术论文85

【参考文献】

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1 薛明德,丁宏伟,王利华;柴油机活塞的温度场、热变形与应力三维有限元分析[J];兵工学报;2001年01期

2 左正兴，廖日东，樊利霞，邹文胜;高效柴油机缸盖机械应力分析[J];Journal of Beijing Institute of Technology(English Edition);1998年02期

3 曾宪友;B&W 6L6OMCE柴油机气缸套非稳态热应力分析[J];柴油机;2004年02期

4 白敏丽,张春平,陈家骅,朱国朝;隔热排气道气缸盖热负荷研究[J];大连理工大学学报;2002年03期

5 冯立岩,高希彦,夏惠民,许锋,孙秀峰;6E160柴油机活塞组有限元三维耦合分析[J];大连理工大学学报;2002年05期

6 岳阳;梁新刚;徐向华;崔翰星;闵敬春;;柴油发动机润滑系统流动与传热仿真研究[J];工程热物理学报;2012年08期

7 陈广晖,袁银南,王忠,汤金玉,陈建平;小缸径风冷柴油机热负荷的试验分析[J];江苏理工大学学报;1998年03期

8 朱明阳;郭晨海;范秦寅;姜树李;董非;;内燃机冷却风扇流固耦合分析[J];机械设计与制造;2009年06期

9 钱作勤,杨新桥,周祥军;YC6108柴油机活塞温度测量的实验研究[J];武汉理工大学学报(交通科学与工程版);2004年06期

10 白敏丽,陈家骅,周海;绝热发动机表面瞬态传热的实验研究与解析计算[J];内燃机工程;1995年04期

本文编号：875151