空心气门振荡传热特性与流固耦合应力分析

发布时间：2020-03-28 03:48

【摘要】：本文建立了空心充钠气门振荡传热特性与热应力数值耦合分析模型,对头部锥角从0°到30°范围内取不同角度时的空心充钠气门腔体内部液态钠和空气两相流的振荡传热特性进行了模拟分析,并通过流动性实验对空心充钠气门腔体内部液态钠的振荡运动状态进行了验证。其次,将流体分析计算得到的腔体中液态钠的温度场耦合到所建模型中空心气门实体腔体内壁上,研究分析了由腔体中流体振荡温度场引起的热应力,实现流固耦合热应力分析。研究成果如下:(1)建立了发动机空心充钠气门流固耦合数值分析模型,利用商用数值分析软件的用户自定义函数接口编程,对所建立的分析模型施加了往复运动和交变温度边界条件,对空心气门腔体内的流体振荡传热进行了分析,然后对流体界面温度耦合到空心气门腔体内表面引起的热应力进行了分析计算,该方法能够较好地实现从流场到固体结构的分析。(2)研究了腔体结构头部锥角对空心充钠气门振荡传热特性的影响规律。对于所研究的空心气门,腔体头部锥角在20°以内时,腔体内部的液态钠可保持良好的振荡传热特性;在15°左右存在一个获得最佳振荡传热值;超过25°后,腔体内液态钠的振荡传热作用减小。(3)利用所建立的模型,计算得出由空心气门腔体内部温度引起的气门热应力分布状态,以及空心气门的最大热应力主要出现的位置:盘部锥面结束处和气门腔体内大端圆角处。
【图文】：

率等几个相关影响因素。结果发现液体填充率是影响传热效率的一，而腔体的几何尺寸特别是纵横比的影响可以忽略不计。通过动和温度场发现液体冷却气门比实心气门传热效率高很多，但是集会暂时破坏振荡效果。献[35]利用 GAMBIT 软件建立了充钠的空心气门腔体模型，然后在型进行求解，分别分析研究了空心气门腔体内液态钠的体积比、门腔体结构的长径比等要素对空心气门振荡传热的影响。对同体和实心气门在相同工况下的热应力进行了比较分析。最后将前面果作为计算条件加载到气门动力分析模型上，分析了两种气门应研究结果表明，气门腔体内液态钠的体积比、凸轮转速以及腔体对空心气门的振荡传热效果影响都较大。图 1-1 为传热系数随填线图，当液态金属钠的填充率由 20%至 90%逐渐增加时，循环平均填充率的增加呈现先增加后减小的特性，当填充率在 50%-60%时，系数相对较高。

其中图 2-2 表示空心气门内部结构为圆柱形腔体，图 2-3 表示空心气部结构为头部有锥角的腔体。图 2-1 空心气门结构图中虚线部分表示空心气门腔体中的液态金属钠，，设置左边头部端面加，其余各面均设置为散热面。在凸轮的驱动下，空心气门做往复直线运动体中液态钠也随着气门来回振荡。运动的过程中，液态钠吸收头部加热面量，并携带热量向腔体尾部运动，在腔体中部和尾部将热量传递给气门杆后通过气门导管将热量传递出去，达到振荡传热降低气门温度的目的。气门空腔
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U464

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本文编号：2603878