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(jī)制研究.pdf

1、活塞作為燃燒室零部件，承受了來自于缸內(nèi)高溫燃?xì)獾臒嶝?fù)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(huì)使?jié)櫥湍ふ扯燃眲∠陆?、油膜變薄，?dǎo)致潤滑困難、磨損加劇。這會(huì)造成內(nèi)燃機(jī)摩擦、磨損加劇，甚至發(fā)生結(jié)焦，擦傷、拉缸等重大事故，造成內(nèi)燃機(jī)機(jī)械損失增大和材料浪費(fèi)。納米潤滑油具有改善潤滑摩擦和強(qiáng)化熱量傳遞的雙重優(yōu)勢，如果應(yīng)用于具有高速、重載、變溫等特點(diǎn)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(xué)性能，進(jìn)而減少摩擦損失

2、，改善內(nèi)燃機(jī)的經(jīng)濟(jì)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(huì)提高，控制潤滑油膜的溫度，更進(jìn)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(shí)候都處于流體潤滑狀態(tài)，因此可以使用計(jì)算流體力學(xué)（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(qiáng)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(chǔ)潤滑油間動(dòng)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(jī)制。
　　本文模擬柴油機(jī)的實(shí)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(jī)制進(jìn)行研究。首先利用單相流模型獲得應(yīng)用納米潤滑油時(shí)活塞環(huán)-氣缸套的各項(xiàng)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(zhuǎn)換為準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)，對每一個(gè)曲軸轉(zhuǎn)角所對應(yīng)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(chǔ)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(jī)制。下面是本文的研究內(nèi)容：
　?。?）以 BF6M1013型柴油機(jī)為實(shí)機(jī)模型，通過運(yùn)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(yīng)用納米潤滑油時(shí)活塞環(huán)-氣缸套潤滑油膜的各項(xiàng)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。
　　（2）內(nèi)燃機(jī)工作過程中，潤滑油膜的各項(xiàng)物理參數(shù)隨時(shí)間變化，屬于非穩(wěn)態(tài)。本文將非穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換為準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)，對每一個(gè)曲軸轉(zhuǎn)角所對應(yīng)的潤滑油膜狀態(tài)開展兩相流研究。采用CFD方法研究內(nèi)燃機(jī)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(chǔ)潤滑油對比，發(fā)現(xiàn)在內(nèi)燃機(jī)活塞環(huán)-氣缸套摩擦副中引入納米潤滑油對每一個(gè)曲軸轉(zhuǎn)角處的潤滑油膜都有改善潤滑摩擦和強(qiáng)化傳熱的效果。
　?。?）以某一個(gè)曲軸轉(zhuǎn)角所對應(yīng)的潤滑油膜進(jìn)行分析計(jì)算，首先分