發(fā)動(dòng)機(jī)排氣歧管非穩(wěn)態(tài)傳熱串行耦合分析方法研究.pdf

1、排氣歧管作為內(nèi)燃機(jī)主要受熱部件，在溫差很大、高溫廢氣熱沖擊頻繁、行駛條件惡劣的工作環(huán)境作用下，易產(chǎn)生裂紋，造成熱疲勞失效。目前，國(guó)內(nèi)對(duì)固體結(jié)構(gòu)的熱疲勞研究尚處于起步階段，難點(diǎn)不僅在于結(jié)構(gòu)分析的高度非線性求解，還在于如何將變化的熱邊界條件施加到結(jié)構(gòu)上。此外，長(zhǎng)久以來(lái)排氣歧管的結(jié)構(gòu)分析和流體動(dòng)力學(xué)分析都是獨(dú)立的，對(duì)結(jié)構(gòu)與流體間相互作用的研究主要集中于穩(wěn)態(tài)傳熱，對(duì)非穩(wěn)態(tài)傳熱條件下的研究不多。因此，本文以發(fā)動(dòng)機(jī)排氣歧管為研究對(duì)象，實(shí)現(xiàn)了將固體與

2、流體直接連接，進(jìn)行完全雙向耦合的非穩(wěn)態(tài)傳熱模擬方法，其研究具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值。
　　 本文采用CFD軟件STAR-CCM+6.04與FEA軟件ABAQUS6.11-1串行耦合實(shí)現(xiàn)耦合界面數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳遞的研究方法，建立起排氣歧管非穩(wěn)態(tài)耦合傳熱模型。實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)與流體間的雙向熱耦合模擬，解決了熱疲勞分析的瞬時(shí)熱邊界條件施加到固體邊界上的難題。在非穩(wěn)態(tài)耦合傳熱模型建立過(guò)程中，著重分析并解決了網(wǎng)格劃分及匹配，非穩(wěn)態(tài)溫度加載，流固交界面物

3、理量傳遞方法，時(shí)間步長(zhǎng)確定等難題。非穩(wěn)態(tài)溫度加載及交界面物理量的傳遞通過(guò)編寫相應(yīng)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)。合理的時(shí)間步長(zhǎng)對(duì)計(jì)算精度和計(jì)算穩(wěn)定性非常重要，由于流體和固體計(jì)算均需確定時(shí)間步長(zhǎng)，如何將兩者之間各自的時(shí)間步長(zhǎng)設(shè)置合理，是解決問(wèn)題的關(guān)鍵。通過(guò)參考庫(kù)朗數(shù)并綜合考慮計(jì)算速率、計(jì)算內(nèi)存及收斂可行性等因素的影響，最終通過(guò)STAR-CCM+將變化的時(shí)間步長(zhǎng)輸出給ABAQUS的方式得到協(xié)調(diào)的時(shí)間步。而變化時(shí)間的步長(zhǎng)同樣通過(guò)編寫相應(yīng)的程序代碼實(shí)現(xiàn)。
　

4、　 在此基礎(chǔ)上，為比較強(qiáng)耦合法與分區(qū)求解法熱應(yīng)力數(shù)值分析的差異，利用STAR-CCM+的熱應(yīng)力求解功能（強(qiáng)耦合法）及STAR-CCM+與ABAQUS串行耦合求解法（分區(qū)求解法）對(duì)同一排氣歧管進(jìn)行了靜態(tài)熱應(yīng)力分析，找出一種更方便快速求解靜態(tài)熱應(yīng)力的方法。接著研究了散熱對(duì)排氣歧管熱溫度場(chǎng)的影響，結(jié)果表明外部散熱條件對(duì)排氣歧管的溫度場(chǎng)有很大影響，為設(shè)計(jì)排氣歧管散熱裝置提供了有效的參考依據(jù)。
　　 最后，針對(duì)非穩(wěn)態(tài)及穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)下的熱應(yīng)