柴油機(jī)內(nèi)的傳熱數(shù)值分析.pdf

1、柴油機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放特性歸根結(jié)底取決于發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的燃燒與傳熱過(guò)程，隨著柴油機(jī)升功率的不斷提高，在柴油機(jī)研制過(guò)程中，柴油機(jī)的熱負(fù)荷日益成為設(shè)計(jì)人員必須考慮的關(guān)鍵問(wèn)題之一。因此，開展柴油機(jī)中的傳熱數(shù)值分析研究對(duì)于自主開發(fā)和研制新型的發(fā)動(dòng)機(jī)有十分重要的意義。 對(duì)柴油機(jī)內(nèi)傳熱過(guò)程進(jìn)行數(shù)值分析研究的意義在于預(yù)測(cè)柴油機(jī)的熱負(fù)荷水平，為柴油機(jī)的熱設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。本課題在進(jìn)行柴油機(jī)缸內(nèi)燃燒模擬時(shí)，將ANSYS計(jì)算出的活塞頂部、缸套與燃?xì)?/p>

2、接觸部分和氣缸蓋燃燒室表面的平均溫度作為FLUENT模擬的邊界條件，而進(jìn)行活塞、缸套和缸蓋內(nèi)溫度分布計(jì)算時(shí)，將缸內(nèi)燃燒模擬所得的壁面熱流結(jié)果作為活塞頂部、缸套與燃?xì)饨佑|部分和缸蓋燃燒室表面的傳熱邊界條件，實(shí)行了柴油機(jī)缸內(nèi)傳熱與活塞、缸套和缸蓋溫度分布的耦合計(jì)算。 本文使用流體分析軟件FLUENT，對(duì)柴油機(jī)缸內(nèi)流動(dòng)、燃燒和傳熱進(jìn)行了數(shù)值模擬，得出了活塞頂部、缸套與燃?xì)饨佑|部分和缸蓋燃燒室表面的瞬時(shí)熱流密度。將得到的熱流密度模擬結(jié)果

3、經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理后，分別作為活塞頂部、缸套與燃?xì)饨佑|部分和缸蓋燃燒室表面的第二類傳熱邊界條件，然后在大型有限元分析軟件ANSYS中分別對(duì)三種典型工況下4135G型柴油機(jī)活塞、缸套、缸蓋分別進(jìn)行了溫度場(chǎng)有限元分析，得到了活塞、缸套、缸蓋的溫度分布和熱流分布，并將計(jì)算結(jié)果與傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)半經(jīng)驗(yàn)公式作為活塞頂部、缸套與燃?xì)饨佑|部分和缸蓋燃燒室表面的邊界條件的計(jì)算結(jié)果分別進(jìn)行比較。另外，本文還探討了柴油機(jī)功率和轉(zhuǎn)速變化時(shí)，對(duì)活塞、缸套、缸蓋的溫度分布和

4、熱流分布的影響規(guī)律。通過(guò)以上研究，本文得出以下結(jié)論： （1）將Fluent軟件對(duì)柴油機(jī)缸內(nèi)傳熱和流動(dòng)的數(shù)值模擬結(jié)果與分析柴油機(jī)受熱零件溫度分布的有限元軟件Ansys 相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)軟件的耦合。由于耦合算法更真實(shí)地反映了柴油機(jī)實(shí)際的工作情況，因此從理論上講能更為準(zhǔn)確地模擬柴油機(jī)的傳熱問(wèn)題。 （2）與傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)半經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算結(jié)果作為活塞頂部、缸套燃?xì)饨佑|部分、和缸蓋燃燒室表面的邊界條件相比，將FLUENT軟件對(duì)柴油機(jī)缸內(nèi)

5、傳熱和流動(dòng)的數(shù)值模擬結(jié)果與分析柴油機(jī)受熱零件溫度分布的有限元軟件ANSYS相結(jié)合，可以更為準(zhǔn)確地模擬活塞、缸套和缸蓋內(nèi)的溫度分布。以數(shù)值模擬值為邊界條件的結(jié)果為基準(zhǔn)，經(jīng)驗(yàn)公式邊界條件所得的活塞、缸套、缸蓋內(nèi)溫度分布的最大相對(duì)誤差均在最高溫度處，分別約為3.6％、2.9％、2.6％。誤差雖不是很大，但是要較精確地模擬出活塞、缸套、缸蓋的溫度分布，最好以數(shù)值模擬結(jié)果作為活塞頂部、缸套燃?xì)饨佑|部分和缸蓋燃燒室表面的邊界條件。 （3）活

6、塞、缸套、缸蓋溫度場(chǎng)的模擬結(jié)果表明，在三個(gè)工況下，活塞、缸套、缸蓋的最高溫度均分別位于與燃?xì)庵苯咏佑|的活塞頂部、缸套內(nèi)壁最上部區(qū)和缸蓋燃燒室表面。 （4）根據(jù)Ansys的計(jì)算結(jié)果可知，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和功率的提高，活塞、缸套、缸蓋的熱負(fù)荷增大。由三個(gè)工況下的活塞、缸套、缸蓋溫度分布對(duì)比可知，相比于轉(zhuǎn)速，功率對(duì)活塞、缸套、缸蓋溫度場(chǎng)的影響更大，而且活塞、缸套、缸蓋不同位置上的溫度隨功率P和轉(zhuǎn)速n的變化幅度是不同的，活塞燃燒室喉口的邊