柴油機內(nèi)的傳熱數(shù)值分析.pdf

1、柴油機的動力性、經(jīng)濟性和排放特性歸根結(jié)底取決于發(fā)動機內(nèi)的燃燒與傳熱過程，隨著柴油機升功率的不斷提高，在柴油機研制過程中，柴油機的熱負(fù)荷日益成為設(shè)計人員必須考慮的關(guān)鍵問題之一。因此，開展柴油機中的傳熱數(shù)值分析研究對于自主開發(fā)和研制新型的發(fā)動機有十分重要的意義。 對柴油機內(nèi)傳熱過程進(jìn)行數(shù)值分析研究的意義在于預(yù)測柴油機的熱負(fù)荷水平，為柴油機的熱設(shè)計提供理論依據(jù)。本課題在進(jìn)行柴油機缸內(nèi)燃燒模擬時，將ANSYS計算出的活塞頂部、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)溫度分布計算時，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，實行了柴油機缸內(nèi)傳熱與活塞、缸套和缸蓋溫度分布的耦合計算。 本文使用流體分析軟件FLUENT，對柴油機缸內(nèi)流動、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熱流密度。將得到的熱流密度模擬結(jié)果

3、經(jīng)過數(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中分別對三種典型工況下4135G型柴油機活塞、缸套、缸蓋分別進(jìn)行了溫度場有限元分析，得到了活塞、缸套、缸蓋的溫度分布和熱流分布，并將計算結(jié)果與傳統(tǒng)的經(jīng)驗半經(jīng)驗公式作為活塞頂部、缸套與燃?xì)饨佑|部分和缸蓋燃燒室表面的邊界條件的計算結(jié)果分別進(jìn)行比較。另外，本文還探討了柴油機功率和轉(zhuǎn)速變化時，對活塞、缸套、缸蓋的溫度分布和

4、熱流分布的影響規(guī)律。通過以上研究，本文得出以下結(jié)論： （1）將Fluent軟件對柴油機缸內(nèi)傳熱和流動的數(shù)值模擬結(jié)果與分析柴油機受熱零件溫度分布的有限元軟件Ansys 相結(jié)合，實現(xiàn)了兩個軟件的耦合。由于耦合算法更真實地反映了柴油機實際的工作情況，因此從理論上講能更為準(zhǔn)確地模擬柴油機的傳熱問題。 （2）與傳統(tǒng)的經(jīng)驗半經(jīng)驗公式計算結(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軟件對柴油機缸內(nèi)

5、傳熱和流動的數(shù)值模擬結(jié)果與分析柴油機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、缸蓋溫度場的模擬結(jié)果表明，在三個工況下，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的計算結(jié)果可知，隨著發(fā)動機轉(zhuǎn)速和功率的提高，活塞、缸套、缸蓋的熱負(fù)荷增大。由三個工況下的活塞、缸套、缸蓋溫度分布對比可知，相比于轉(zhuǎn)速，功率對活塞、缸套、缸蓋溫度場的影響更大，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