活塞環(huán)-氣缸套納米潤滑油流體潤滑對流傳熱和潤滑摩擦耦合的物理機制研究.pdf

1、活塞作為燃燒室零部件，承受了來自于缸內高溫燃氣的熱負荷直接作用，其中大部分熱量都是通過活塞環(huán)組傳遞給冷卻水套。高溫會使?jié)櫥湍ふ扯燃眲∠陆?、油膜變薄，導致潤滑困難、磨損加劇。這會造成內燃機摩擦、磨損加劇，甚至發(fā)生結焦，擦傷、拉缸等重大事故，造成內燃機機械損失增大和材料浪費。納米潤滑油具有改善潤滑摩擦和強化熱量傳遞的雙重優(yōu)勢，如果應用于具有高速、重載、變溫等特點的活塞環(huán)-氣缸套摩擦副的潤滑和傳熱，不但可以提高其摩擦學性能，進而減少摩擦損失

2、，改善內燃機的經濟性，減少尾氣排放，而且熱量通過活塞環(huán)-氣缸套之間潤滑油膜向冷卻水套的傳遞速度也會提高，控制潤滑油膜的溫度，更進一步的改善活塞環(huán)-氣缸套的潤滑摩擦狀態(tài)。由于活塞環(huán)-氣缸套之間的潤滑油膜絕大多數(shù)時候都處于流體潤滑狀態(tài)，因此可以使用計算流體力學（CFD）方法研究活塞環(huán)-氣缸套流體潤滑狀態(tài)下納米潤滑油強化對流傳熱與改善潤滑摩擦的性能，找出影響納米潤滑油流變特性的因素，從納米顆粒與基礎潤滑油間動量和能量傳遞的角度分析了添加納米顆

3、粒改善潤滑油對流傳熱和潤滑摩擦耦合的物理機制。
　　本文模擬柴油機的實際工況，采用 CFD方法對活塞環(huán)-氣缸套納米潤滑油改善流體潤滑對流傳熱和潤滑摩擦耦合的物理機制進行研究。首先利用單相流模型獲得應用納米潤滑油時活塞環(huán)-氣缸套的各項物理參數(shù)，如活塞環(huán)和氣缸套壁面溫度、油膜厚度、環(huán)間壓力、油膜黏度等。以此為邊界條件，將非穩(wěn)態(tài)轉換為準穩(wěn)態(tài)，對每一個曲軸轉角所對應的潤滑油膜狀態(tài)開展兩相流研究，探究影響納米潤滑油對流傳熱和潤滑摩擦性能的因

4、素。最后通過分析加入納米顆粒對基礎潤滑油溫度場和速度場的影響以及固液兩相之間相互作用力，探究活塞環(huán)-氣缸套納米潤滑油改善流體潤滑對流傳熱和潤滑摩擦耦合的物理機制。下面是本文的研究內容：
　?。?）以 BF6M1013型柴油機為實機模型，通過運行活塞組-氣缸套潤滑油膜非穩(wěn)態(tài)熱混合潤滑摩擦程序，得到應用納米潤滑油時活塞環(huán)-氣缸套潤滑油膜的各項物理參數(shù)（活塞環(huán)和氣缸套壁面溫度、油膜厚度、環(huán)間壓力、油膜黏度等），為接下來的CFD數(shù)值模擬提

5、供邊界條件。
　?。?）內燃機工作過程中，潤滑油膜的各項物理參數(shù)隨時間變化，屬于非穩(wěn)態(tài)。本文將非穩(wěn)態(tài)轉換為準穩(wěn)態(tài)，對每一個曲軸轉角所對應的潤滑油膜狀態(tài)開展兩相流研究。采用CFD方法研究內燃機工作過程中納米潤滑油的對流傳熱與潤滑摩擦特性，與基礎潤滑油對比，發(fā)現(xiàn)在內燃機活塞環(huán)-氣缸套摩擦副中引入納米潤滑油對每一個曲軸轉角處的潤滑油膜都有改善潤滑摩擦和強化傳熱的效果。
　　（3）以某一個曲軸轉角所對應的潤滑油膜進行分析計算，首先分