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，柴油機的熱負荷日益成為設計人員必須考慮的關鍵問題之一。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)傳熱過程進行數(shù)值分析研究的意義在于預測柴油機的熱負荷水平，為柴油機的熱設計提供理論依據(jù)。本課題在進行柴油機缸內(nèi)燃燒模擬時，將ANSYS計算出的活塞頂部、缸套與燃氣

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果作為活塞頂部、缸套與燃氣接觸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、燃燒和傳熱進行了數(shù)值模擬，得出了活塞頂部、缸套與燃氣接觸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果

3、經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后，分別作為活塞頂部、缸套與燃氣接觸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、缸套與燃氣接觸部分和缸蓋燃燒室表面的邊界條件的計算結果分別進行比較。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)值模擬結果與分析柴油機受熱零件溫度分布的有限元軟件Ansys 相結合，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)驗公式計算結果作為活塞頂部、缸套燃氣接觸部分、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)值模擬結果與分析柴油機受熱零件溫度分布的有限元軟件ANSYS相結合，可以更為準確地模擬活塞、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果為基準，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)值模擬結果作為活塞頂部、缸套燃氣接觸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氣直接接觸的活塞頂部、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