某重型柴油发动机排气歧管热负荷及振动性能研究
发布时间：2022-07-11 09:11
随着石油等不可再生能源的消耗以及环境污染等问题的曝光,国家排放法规的要求变得日益严格。对于传统燃油汽车来说,解决这些问题的核心是在于拥有良好的排气系统。排气歧管作为发动机排气系统中的重要组成部分,工作时不仅承受着高温废气的冲击,还受到发动机振动的影响,在这种交变载荷的作用下,很容易造成排气歧管的失效,从而影响发动机排气系统的工作性能。因此通过对排气歧管热负荷及振动性能的研究,优化设计出性能优越、结构合理的排气歧管就显得尤为重要,这对提高发动机的动力性、经济性和排放性也具有一定的理论和实际意义。本文介绍了发动机排气歧管的属性及常见失效形式,其中包括排气歧管的结构形式和加工工艺流程,介绍了目前国内外专家学者对排气歧管的研究现状。论文以某重型3.2L排量的柴油发动机排气歧管模型为初始研究对象,根据实验测得的边界条件,研究了排气歧管内部流场的流动状态。基于热-流-固多场耦合理论,计算出排气歧管内外表面温度及热通量、不同部位的温度场、热应力应变和变形情况。采用中心复合试验设计,基于响应曲面优化的方法对排气歧管流体模型进行优化,基于文献经验对排气歧管固体模型进行优化,并将优化设计后的排气歧管与优化...
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
创新点摘要
第一章 绪论
1.1 研究背景、目的及意义
1.2 排气歧管属性及失效形式
1.2.1 排气歧管结构
1.2.2 排气歧管材料
1.2.3 排气歧管加工工艺
1.2.4 排气歧管失效形式
1.3 排气歧管研究现状
1.3.1 排气歧管流场研究现状
1.3.2 排气歧管热流固耦合研究现状
1.3.3 排气歧管振动特性研究现状
1.4 论文的主要研究工作
1.4.1 本文研究内容
1.4.2 主要解决的问题
第二章 排气歧管内流场状态模拟分析
2.1 计算流体动力学理论
2.1.1 计算流体动力学简介
2.1.2 计算流体动力学控制方程
2.2 湍流模型
2.2.1 标准k-ε模型
2.2.2 RNG k-ε模型
2.2.3 Realizable k-ε模型
2.3 排气歧管模型及边界条件
2.3.1 几何模型
2.3.2 网格独立性检验
2.3.3 模拟计算边界条件的实验测定
2.4 排气歧管内部流场数值模拟
2.4.1 流体域的速度场分析
2.4.2 流体域的压力损失分析
2.5 本章小结
第三章 排气歧管热流固耦合数值分析
3.1 耦合理论基础
3.1.1 热流固耦合方程
3.1.2 热应力、应变理论
3.2 排气歧管网格划分及材料参数
3.2.1 排气歧管网格划分及独立性检验
3.2.2 排气歧管材料性能及耦合热边界条件
3.3 排气歧管热应力计算
3.3.1 排气歧管热量分析及结果
3.3.2 排气歧管热应力分析及结果
3.3.3 排气歧管热变形分析及结果
3.4 本章小结
第四章 基于响应曲面优化法的排气歧管模型设计改进
4.1 响应曲面优化原理
4.1.1 多项式拟合方程
4.1.2 响应模型的误差分析
4.1.3 响应曲面试验设计方法
4.2 响应面优化设计
4.2.1 目标函数及约束条件
4.2.2 响应曲面的试验设计
4.3 响应指标预测模型结果与分析
4.4 响应曲面和等高线图分析
4.4.1 交互作用下因素间的效果分析
4.4.2 参数变化
4.5 基于热应力结果结构优化改进
4.6 本章小结
第五章 排气歧管振动特性分析
5.1 振动模态分析理论
5.2 排气歧管模态分析
5.2.1 排气歧管冷模态结果分析
5.2.2 排气歧管热模态结果分析
5.2.3 优化后模型的冷热模态结果对比分析
5.3 排气歧管共振结果判断
5.4 本章小结
结论
参考文献
发表文章及研究成果目录
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]汽车发动机排气歧管材料、成形及其发展[J]. 王业双. 铸造技术. 2018(01)
[2]发动机排气歧管流固耦合热特性分析[J]. 郑习娇,陈吉清,兰凤崇,张晓东. 机械设计与制造工程. 2017(12)
[3]基于双场耦合的发动机舱内流场散热分析与结构改进[J]. 刘水长,李礼夫,张勇,米承继. 汽车工程. 2017(08)
[4]高温环境下汽油机排气歧管振动特性及疲劳寿命研究[J]. 张俊红,张玉声,王健,徐喆轩,戴胡伟. 振动与冲击. 2017(13)
[5]考虑热机耦合的排气歧管多目标优化设计[J]. 张俊红,张玉声,王健,徐喆轩,胡欢,赵永欢. 浙江大学学报(工学版). 2017(06)
[6]某四缸柴油机排气歧管流场分析及结构优化[J]. 王为凯,王军,唐苏阳,王吉照,杨杰. 科技视界. 2017(09)
[7]汽车发动机废气再循环控制系统故障诊断实例简析[J]. 毕胜强,张文娜. 汽车实用技术. 2016(10)
[8]铣削系统动态特性的试验研究及有限元仿真分析[J]. 周锡宝,李嫚,侯庆坤,王雨溥. 工具技术. 2016(09)
[9]氧气流量控制策略对低温等离子体技术再生柴油机微粒捕集器的影响[J]. 施蕴曦,蔡忆昔,李弘扬,李小华,徐辉,李伟俊. 西安交通大学学报. 2016(09)
[10]四缸柴油机排气歧管的设计及内流场分析[J]. 邹健,吴建财,严金龙. 内燃机与动力装置. 2015(05)
博士论文
[1]基于流固耦合的排气歧管热强度复合因素影响规律的研究[D]. 朱晴.吉林大学 2014
硕士论文
[1]排气歧管热负荷研究[D]. 唐鹏.沈阳工业大学 2017
[2]柴油机排气歧管的振动疲劳分析[D]. 马学军.中北大学 2016
[3]柴油机排气歧管失效分析及优化[D]. 郭祥军.吉林大学 2016
[4]汽车发动机排气歧管的热疲劳性能研究[D]. 蒋宇.西南交通大学 2016
[5]某发动机紧耦合式排气歧管热结构分析[D]. 朱占元.重庆理工大学 2016
[6]基于流固耦合方法的发动机排气歧管结构优化[D]. 宋春晖.华中科技大学 2015
[7]某发动机排气歧管的热疲劳分析与优化[D]. 刘勇.重庆理工大学 2015
[8]高性能蠕墨铸铁强韧性与导热性研究[D]. 陶栋.西安工业大学 2014
[9]基于仿生的汽车排气歧管温度场及振动特性分析[D]. 赵阳.西安理工大学 2009
[10]汽油机紧耦合式排气歧管振动特性研究[D]. 董理.哈尔滨工程大学 2008
本文编号：3657894
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
创新点摘要
第一章 绪论
1.1 研究背景、目的及意义
1.2 排气歧管属性及失效形式
1.2.1 排气歧管结构
1.2.2 排气歧管材料
1.2.3 排气歧管加工工艺
1.2.4 排气歧管失效形式
1.3 排气歧管研究现状
1.3.1 排气歧管流场研究现状
1.3.2 排气歧管热流固耦合研究现状
1.3.3 排气歧管振动特性研究现状
1.4 论文的主要研究工作
1.4.1 本文研究内容
1.4.2 主要解决的问题
第二章 排气歧管内流场状态模拟分析
2.1 计算流体动力学理论
2.1.1 计算流体动力学简介
2.1.2 计算流体动力学控制方程
2.2 湍流模型
2.2.1 标准k-ε模型
2.2.2 RNG k-ε模型
2.2.3 Realizable k-ε模型
2.3 排气歧管模型及边界条件
2.3.1 几何模型
2.3.2 网格独立性检验
2.3.3 模拟计算边界条件的实验测定
2.4 排气歧管内部流场数值模拟
2.4.1 流体域的速度场分析
2.4.2 流体域的压力损失分析
2.5 本章小结
第三章 排气歧管热流固耦合数值分析
3.1 耦合理论基础
3.1.1 热流固耦合方程
3.1.2 热应力、应变理论
3.2 排气歧管网格划分及材料参数
3.2.1 排气歧管网格划分及独立性检验
3.2.2 排气歧管材料性能及耦合热边界条件
3.3 排气歧管热应力计算
3.3.1 排气歧管热量分析及结果
3.3.2 排气歧管热应力分析及结果
3.3.3 排气歧管热变形分析及结果
3.4 本章小结
第四章 基于响应曲面优化法的排气歧管模型设计改进
4.1 响应曲面优化原理
4.1.1 多项式拟合方程
4.1.2 响应模型的误差分析
4.1.3 响应曲面试验设计方法
4.2 响应面优化设计
4.2.1 目标函数及约束条件
4.2.2 响应曲面的试验设计
4.3 响应指标预测模型结果与分析
4.4 响应曲面和等高线图分析
4.4.1 交互作用下因素间的效果分析
4.4.2 参数变化
4.5 基于热应力结果结构优化改进
4.6 本章小结
第五章 排气歧管振动特性分析
5.1 振动模态分析理论
5.2 排气歧管模态分析
5.2.1 排气歧管冷模态结果分析
5.2.2 排气歧管热模态结果分析
5.2.3 优化后模型的冷热模态结果对比分析
5.3 排气歧管共振结果判断
5.4 本章小结
结论
参考文献
发表文章及研究成果目录
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]汽车发动机排气歧管材料、成形及其发展[J]. 王业双. 铸造技术. 2018(01)
[2]发动机排气歧管流固耦合热特性分析[J]. 郑习娇,陈吉清,兰凤崇,张晓东. 机械设计与制造工程. 2017(12)
[3]基于双场耦合的发动机舱内流场散热分析与结构改进[J]. 刘水长,李礼夫,张勇,米承继. 汽车工程. 2017(08)
[4]高温环境下汽油机排气歧管振动特性及疲劳寿命研究[J]. 张俊红,张玉声,王健,徐喆轩,戴胡伟. 振动与冲击. 2017(13)
[5]考虑热机耦合的排气歧管多目标优化设计[J]. 张俊红,张玉声,王健,徐喆轩,胡欢,赵永欢. 浙江大学学报(工学版). 2017(06)
[6]某四缸柴油机排气歧管流场分析及结构优化[J]. 王为凯,王军,唐苏阳,王吉照,杨杰. 科技视界. 2017(09)
[7]汽车发动机废气再循环控制系统故障诊断实例简析[J]. 毕胜强,张文娜. 汽车实用技术. 2016(10)
[8]铣削系统动态特性的试验研究及有限元仿真分析[J]. 周锡宝,李嫚,侯庆坤,王雨溥. 工具技术. 2016(09)
[9]氧气流量控制策略对低温等离子体技术再生柴油机微粒捕集器的影响[J]. 施蕴曦,蔡忆昔,李弘扬,李小华,徐辉,李伟俊. 西安交通大学学报. 2016(09)
[10]四缸柴油机排气歧管的设计及内流场分析[J]. 邹健,吴建财,严金龙. 内燃机与动力装置. 2015(05)
博士论文
[1]基于流固耦合的排气歧管热强度复合因素影响规律的研究[D]. 朱晴.吉林大学 2014
硕士论文
[1]排气歧管热负荷研究[D]. 唐鹏.沈阳工业大学 2017
[2]柴油机排气歧管的振动疲劳分析[D]. 马学军.中北大学 2016
[3]柴油机排气歧管失效分析及优化[D]. 郭祥军.吉林大学 2016
[4]汽车发动机排气歧管的热疲劳性能研究[D]. 蒋宇.西南交通大学 2016
[5]某发动机紧耦合式排气歧管热结构分析[D]. 朱占元.重庆理工大学 2016
[6]基于流固耦合方法的发动机排气歧管结构优化[D]. 宋春晖.华中科技大学 2015
[7]某发动机排气歧管的热疲劳分析与优化[D]. 刘勇.重庆理工大学 2015
[8]高性能蠕墨铸铁强韧性与导热性研究[D]. 陶栋.西安工业大学 2014
[9]基于仿生的汽车排气歧管温度场及振动特性分析[D]. 赵阳.西安理工大学 2009
[10]汽油机紧耦合式排气歧管振动特性研究[D]. 董理.哈尔滨工程大学 2008
本文编号：3657894
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