6100柴油机机体热负荷分析

论文摘要

柴油机具有扭矩大、热效率高、耐久性好的优点,因此柴油机在各个领域得到了广泛的应用。随着柴油机技术的不断提高,其强化指标不断提高,导致机体、缸套、缸盖等受热零部件的热负荷不断增加,设计与制造上稍有疏忽就可能导致机体、缸盖等受热零部件在工作状态下出现裂纹等损坏现象,因此对柴油机机体、缸套、缸盖等受热零部件的热负荷的研究具有十分重要的意义。本文应用热-流-固耦合的方法,对6100柴油机机体的热负荷进行了研究。在Pro/E软件平台上建立了6100柴油机机体、缸套的三维实体模型,并对其进行了合理的简化,然后将机体、缸套的PRO/E模型导入ANSYS软件中,并利用ANSYS软件中的布尔减运算得到水套的三维模型,从而在ANSYS软件中建立了机体、缸套、水套的组合三维模型。然后在ANSYS软件中选用FLUID 142单元对机体、缸套、水套的组合三维实体模型进行了自动网格划分,建立了机体、缸套、水套的组合有限元模型。采用热-流-固耦合的方法计算得到了水套的流场分布以及水套、缸套、机体的温度场分布。通过对流场和温度场计算结果的分析,提出了对机体水套结构的具体改进措施,并且建立了改进后的机体、缸套、水套的组合三维实体模型和有限元模型,对改进后的组合有限元模型施加了相同的热边界条件、流动边界条件和流体性质,计算得到了改进后的水套的流场分布以及水套、缸套、机体的温度场分布结果,计算结果表明,在对水套结构改进后,整个机体的冷却更加均匀,消除了局部过热区,对水套结构的改进取得了很好的效果。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 柴油机机体热负荷研究的意义
• 1.2 柴油机热负荷研究的国内外现状和发展
• 1.3 有限元法在机体热负荷研究以及内燃机设计上的应用
• 1.4 本论文研究的主要内容
• 第二章 机体—水套耦合热分析的理论基础
• 2.1 紊流概述
• 2.2 紊流对流换热的控制方程
• 2.2.1 紊流物理量的时间平均值
• 2.2.2 时均控制方程
• 2.3 紊流模型
• 2.3.1 零方程模型
• 2.3.2 一方程模型
• 2.3.3 K- ε两方程模型
• 2.4 壁面函数法
• 2.5 FLOTRAN流固耦合传热分析的基本原理
• 2.6 本章小结
• 第三章 组合有限元模型的建立和边界条件的施加
• 3.1 分析软件的选择
• 3.2 柴油机机体、缸套、水套组合模型的建立
• 3.3 模型的网格划分
• 3.4 缸套内壁面边界条件的确定
• 3.4.1 缸内燃气换热系数的计算公式
• 3.4.2 缸内燃气瞬时温度的计算
• 3.4.3 平均换热系数和综合平均温度的计算
• 3.4.4 缸套内壁面换热系数的分布
• 3.5 其他热边界条件的确定
• 3.6 流动边界条件和流体性质的确定
• 3.7 本章小结
• 第四章 机体温度场的分析
• 4.1 机体温度场的分析
• 4.2 机体水套的改进
• 4.3 本章小结
• 第五章 全文总结
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢