发动机排气门传热数值模拟研究分析

论文摘要

气门是发动机配气机构的主要组成部件,它也是确保发动机获得良好的经济性能、动力性能、可靠性以及耐久性的重要零件。但是随着发动机结构得到进一步的强化、运行工况的改变等原因,使得发动机气门工作环境恶化,导致气门失效特别是排气门失效成为发动机日益显著的问题。本文阐述了发动机排气门失效的原因、形式以及现阶段关于发动机排气门失效的研究方法及研究成果。高温的环境将改变材料的组织结构,使得抗疲劳能力下降,使得高温及高热负荷成为造成排气门失效的重要原因之一。本文以Q492汽油发动机为例,运用Matlab软件编程进行发动机缸内工作过程模拟,计算发动机运行示功图及各瞬时传热系数,进行排气门边界条件计算,完成排气门温度及应力分析,提出一种排气门温度传热及变形数值模拟研究方法,并且能使发动机在设计阶段,预测发动机示功图和描述排气门传热及温度场分布情况,从而对相关参数进行更加合理地设定,以减少排气门失效的可能性。同时本文还进行了变工况计算,确定不同工况下的示功图及传热边界条件,进行了传热仿真及分析;改变排气门材料导热系数进行传热仿真及分析,为排气门材料选取提供直观的判断分析;改变发动机工作工质为LPG,保持汽油机计算时的转速、压缩比不变,进行传热仿真及排气门失效情况分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的意义及背景
• 1.1.1 气门的失效形式及原因分析
• 1.1.2 温度对发动机排气门失效的影响
• 1.2 气门失效的国内外研究现状
• 1.3 发动机传热计算机仿真模拟研究现状
• 1.4 本文研究的目标与主要内容方法
• 1.5 本章小结
• 第二章 发动机示功图及换热系数计算
• 2.1 发动机示功图计算方法
• 2.1.1 示功图计算数学模型及热力系统
• 2.1.2 基本原理以及微分方程公式
• 2.1.3 气缸内各阶段热力过程分析
• 2.2 程序编制及验证
• 2.2.1 程序编制思路以及框图
• 2.2.2 程序正确性的验证
• 2.3 本章小结
• 第三章 发动机排气门传热模型
• 3.1 传热分析计算理论
• 3.1.1 基本方程
• 3.1.2 基本控制方程求解的数值方法
• 3.2 排气门有限元模型
• 3.2.1 Pro/E 软件介绍
• 3.2.2 建立排气门模型
• 3.3 排气门传热边界条件分析
• 3.3.1 传热特点
• 3.3.2 排气门边界条件的确定
• 3.4 本章小结
• 第四章 发动机排气门传热有限元数值仿真
• 4.1 有限元概述
• 4.1.1 有限元法的基本原理
• 4.1.2 有限元法分析的步骤
• 4.1.3 ANSYS 及ANSYS Workbench 介绍
• 4.2 发动机排气门稳态传热仿真
• 4.2.1 计算实例分析
• 4.3 发动机排气门瞬态传热仿真
• 4.4 发动机排气门热变形及应力仿真计算
• 4.4.1 排气门关闭时热变形及应力仿真
• 4.4.2 排气门打开时热变形及应力仿真
• 4.5 基于仿真结果的发动机气门失效分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 发动机变工况排气门的传热仿真计算分析
• 5.1 改变发动机运行转速
• 5.2 改变排气门材料导热系数分析
• 5.3 改变发动机工质——LPG 发动机分析
• 5.4 本章小结
• 结论及展望
• 结论
• 展望
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢