發(fā)動機排氣歧管瞬態(tài)流固耦合換熱分析.pdf

1、排氣歧管是發(fā)動機排氣系統(tǒng)關(guān)鍵的零部件之一，結(jié)構(gòu)復雜，工作環(huán)境十分惡劣，排氣歧管在工作過程中，不合理的排氣歧管結(jié)構(gòu)將導致內(nèi)部氣體流動性能低，壁面熱應(yīng)力集中導致產(chǎn)生裂紋，致使出現(xiàn)斷裂、漏氣等失效現(xiàn)象。排氣歧管帶有干涉結(jié)構(gòu)會加劇發(fā)動機功率損失，影響其換氣性能。因此，研究排氣歧管內(nèi)部氣體流動特性及壁面瞬態(tài)傳熱過程，對提高排氣歧管的工作性能和使用壽命具有重要意義。
　　 首先，本文基于計算流體力學理論，提出排氣歧管瞬態(tài)流固耦合換熱模型的建

2、立方法。應(yīng)用GT-POWER建立發(fā)動機一維動力學仿真模型，與STAR-CCM+實現(xiàn)耦合，獲取排氣歧管瞬態(tài)邊界條件，解決了排氣歧管入口流量隨時間動態(tài)變化設(shè)定的難題，建立了排氣歧管瞬態(tài)流固耦合換熱計算模型。
　　 其次，本文對帶有干涉結(jié)構(gòu)的某四缸發(fā)動機排氣歧管內(nèi)流場進行瞬態(tài)計算，從時間-空間尺度對比分析不同時刻排氣歧管內(nèi)部氣體流動狀態(tài)、氣門處流量變化、出口端速度分布，以及各缸壓損不均度等性能，研究排氣歧管內(nèi)部氣體流動特性。研究表明:

3、各缸壓損不均勻度分別為23.55％、2.69％、11.10％和15.14％，干涉結(jié)構(gòu)會導致各缸壓損不均勻度提高，排氣出現(xiàn)回流和漩渦，產(chǎn)生渦流噪聲和氣門處震動，降低發(fā)動機換氣效率。分析不同時間步長對排氣歧管壓力損失瞬態(tài)計算的影響以及最大熱應(yīng)力等性能的動態(tài)變化，綜合考慮計算時間和占用資源等因素，提出排氣壓力損失的簡化計算方法。6000r/min全負荷工況下，以1°CA經(jīng)歷的時間為時間步長，可以在有效的時間內(nèi)獲取準確的排氣壓力損失性能。

4、>　　 最后，本文對排氣歧管進行多循環(huán)瞬態(tài)流固耦合換熱分析，流體域和固體域直接耦合求解，監(jiān)測壁面不同位置、不同深度梯度的溫度和熱應(yīng)力分布以及在循環(huán)過程中的動態(tài)變化趨勢，研究壁面瞬態(tài)傳熱過程。結(jié)果表明:熱量由內(nèi)側(cè)向外側(cè)傳遞，溫度逐漸降低，直至達到動態(tài)平衡，由于各處結(jié)構(gòu)、流質(zhì)物性和流動狀態(tài)不同，傳熱性質(zhì)存在差異;最高溫度出現(xiàn)在管路出口端所夾壁面，為1172.1K，此處受到氣流沖擊強烈，換熱強度最大;管壁兩側(cè)表面熱應(yīng)力較高，向中心逐漸降低，