柴油发动机预热器的数值模拟

发布时间：2017-10-07 15:45

  本文关键词：柴油发动机预热器的数值模拟

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【摘要】：电热式预热器是柴油发动机的一种进气预热装置,它可以有效地解决柴油发动机的冷启动难问题。由于其具有结构简单、使用方便、不会污染空气等优点,被广泛地应用在轿车和卡车等以柴油发动机为动力的交通工具中。电热式预热器的预热性能受到加热片材料、绝缘材料、蓄电池电压、预热器结构和预热腔结构等影响,研究其温度场分布规律,对预热器和预热腔的设计和生产具有重要的指导意义。本文以加热片长度740.8mm、厚度0.80mm、高度8.0mm的电热式预热器为研究对象,以解决柴油机在严寒环境-40℃,加热时间20s下快速启动为研究目标,首先利用ANSYS-Workbench软件对预热器自身进行了温度场瞬态模拟分析,研究了环境温度、加热片尺寸、蓄电池电压等对预热器和绝缘衬套最高温度的影响,并对实例预热器加热片的最高温度进行了实验验证。接着又研究了加热片尺寸、蓄电池电压和腔径等对预热腔空气平均温度的影响。最后对体积为3L的预热腔温度场进行正交模拟分析,研究得出了最佳设计参数和各参数的影响次序。以下结论可以得出:(1)在环境温度0℃时,实例预热器模拟最高温度为805.53℃,实验最高温度为856.30℃,模拟最高温度比实验最高温度低5.9%。(2)模拟结果表明,当加热片厚度从0.55mm增加到0.80mm时,预热器的最高温度从825.30℃缓慢下降到770.88℃,绝缘衬套最高温度从14.58℃缓慢上升到30.26℃。而预热腔的空气平均温度从38.88℃缓慢下降到35.67℃。(3)模拟结果表明,当加热片长度从536.8 mm增加到943.7 mm时,预热器的最高温度从1305.80℃急剧下降到531.64℃,绝缘衬套的最高温度从88.75℃缓慢下降到6.35℃。(4)模拟结果表明,当加热片长度从557.93mm增加到989.57mm时,预热腔空气平均温度从37.96℃下降到-14.15℃。(5)模拟结果表明,蓄电池电压由20.6V变换到27.4V,预热器的最高温度566.14℃升高到992.85℃,绝缘衬套的最高温度由12.46℃升高到50.18℃,预热腔的空气平均温度从21.88℃缓慢上升到42.90℃。(6)模拟结果表明,加热片离预热腔底部的放置距离由20mm增加到231mm,预热腔空气平均温度从39.69℃缓慢上升到40.78℃,当加热片离预热腔底部的放置距离为864mm时,预热腔空气平均温度又急剧下降到-4.62℃。(7)模拟结果表明,当预热腔直径从Φ65.0mm增加至Φ92.0mm时,预热腔内的空气平均温度从36.22℃增加到123.92℃,当腔径为112.8mm时,腔内空气平均温度又下降到97.54℃。(8)正交模拟结果表明,影响预热腔空气平均温度的主次顺序分别是加热片长度、蓄电池电压、加热片离预热腔底部的放置距离、加热片厚度。体积为3L预热腔的空气平均温度的最佳设计参数是加热片长度557.93mm,加热片厚度0.60mm,电压25.7V,加热片离预热腔底部的放置距离653mm。此时,预热腔的空气平均温度为34.07℃。
【关键词】：预热器 温度 模拟 柴油发动机 ANSYS
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK423
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 引言10-12
• 1.2 柴油机预热器概述12-13
• 1.3 预热器的国内外研究现状13-15
• 1.4 有限元法在预热器热分析中的应用15-16
• 1.4.1 有限元的发展15
• 1.4.2 ANSYS软件的介绍15-16
• 1.4.3 有限元热分析的应用16
• 1.5 课题研究的意义与内容16-18
• 1.5.1 课题研究的意义16-17
• 1.5.2 课题研究的内容17-18
• 第二章 预热器自身温度场的仿真分析18-42
• 2.1 引言18
• 2.2 热分析基础理论18-22
• 2.2.1 热传递方式19-20
• 2.2.2 稳态传热20-21
• 2.2.3 瞬态传热21
• 2.2.4 导热微分方程及定解条件21-22
• 2.3 预热器热分析的模拟部分22-27
• 2.3.1 预热器的建模与工作要求22-23
• 2.3.2 预热器加热功率23-25
• 2.3.3 材料属性25
• 2.3.4 仿真分析的网格划分25-26
• 2.3.4.1 单元类型的选择25-26
• 2.3.4.2 网格划分26
• 2.3.5 边界条件26-27
• 2.3.6 模拟参数27
• 2.4 实验部分27-29
• 2.5 结果与讨论29-41
• 2.5.1 预热器温度模拟结果讨论与实验验证29-30
• 2.5.2 环境温度对预热器和绝缘衬套最高温度的影响30-32
• 2.5.3 加热片厚度对预热器和绝缘衬套最高温度的影响32-35
• 2.5.4 加热片长度对预热器和绝缘衬套最高温度的影响35-38
• 2.5.5 蓄电池电压对预热器和绝缘衬套最高温度的影响38-41
• 2.6 本章小结41-42
• 第三章 柴油机预热腔温度场分析42-62
• 3.1 引言42
• 3.2 预热腔温度场的数值模拟部分42-50
• 3.2.1 预热腔模型的建立43-44
• 3.2.2 模型网格划分44-45
• 3.2.3 预热腔数学模型45-48
• 3.2.3.1 湍流模型的选择45-46
• 3.2.3.2 辐射模型的选择46-48
• 3.2.4 材料热物理性能参数48
• 3.2.5 边界条件的设置48-49
• 3.2.6 离散格式的选择49
• 3.2.7 模拟参数49-50
• 3.3 预热器和预热腔参数对预热性能影响的结果与讨论50-54
• 3.3.1 预热腔温度场模拟结果分析50
• 3.3.2 加热片厚度对预热腔预热性能的影响50-51
• 3.3.3 加热片长度对预热腔预热性能的影响51-52
• 3.3.4 加热片放置位置对预热腔预热性能的影响52-53
• 3.3.5 蓄电池电压对预热性能的影响53-54
• 3.3.6 预热腔的腔径对预热性能的影响54
• 3.4 预热效果的正交模拟分析54-59
• 3.4.1 正交试验法基本概述54
• 3.4.2 正交表实验方案的设计54-56
• 3.4.3 正交试验结果分析56-59
• 3.4.4 最优参数的数值模拟验证59
• 3.5 本章小结59-62
• 第四章 结论与展望62-64
• 4.1 结论62-63
• 4.2 创新点63
• 4.3 展望63-64
• 参考文献64-68
• 致谢68

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 吴科亮;丁春林;;基于正交试验法的边坡稳定因素敏感性分析[J];华东交通大学学报;2016年02期

2 李浩;韩启彪;黄修桥;张娟娟;孙浩;李文;;基于多孔介质模型下微灌网式过滤器CFD湍流模型选择及流场分析[J];灌溉排水学报;2016年04期

3 张来平;赫新;常兴华;赵钟;张扬;;复杂外形静动态混合网格生成技术研究新进展[J];气体物理;2016年01期

4 朱华;陈安宇;查道军;;柴油机进气预热装置的正确使用[J];现代零部件;2014年04期

5 刘瑞江;张业旺;闻崇炜;汤建;;正交试验设计和分析方法研究[J];实验技术与管理;2010年09期

6 余桂英;朱旭平;胡锡兵;;一种高功率LED射灯的散热设计与实验研究[J];半导体技术;2010年05期

7 李婷;;车用柴油机的预热起动装置[J];内燃机与配件;2010年04期

8 李永云;;试析欧姆定律的内涵及其应用[J];课程教材教学研究(教育研究版);2010年03期

9 王志东;丛文超;张晓庆;;不同纵摇轴位置下的二维柔性鳍推进性能与流场特性研究(英文)[J];Journal of Marine Science and Application;2009年04期

10 贾全仓;李俊文;张智;;车用柴油机低温预热起动技术[J];农业装备与车辆工程;2009年04期

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本文编号：988716