發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)關(guān)鍵的零部件之一，結(jié)構(gòu)復(fù)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(dǎo)致內(nèi)部氣體流動(dòng)性能低，壁面熱應(yīng)力集中導(dǎo)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(huì)加劇發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)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(jì)算流體力學(xué)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(dòng)機(jī)一維動(dòng)力學(xué)仿真模型，與STAR-CCM+實(shí)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(shí)間動(dòng)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(jì)算模型。
　　 其次，本文對帶有干涉結(jié)構(gòu)的某四缸發(fā)動(dòng)機(jī)排氣歧管內(nèi)流場進(jìn)行瞬態(tài)計(jì)算，從時(shí)間-空間尺度對比分析不同時(shí)刻排氣歧管內(nèi)部氣體流動(dòng)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(dòng)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(huì)導(dǎo)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(dòng)，降低發(fā)動(dòng)機(jī)換氣效率。分析不同時(shí)間步長對排氣歧管壓力損失瞬態(tài)計(jì)算的影響以及最大熱應(yīng)力等性能的動(dòng)態(tài)變化，綜合考慮計(jì)算時(shí)間和占用資源等因素，提出排氣壓力損失的簡化計(jì)算方法。6000r/min全負(fù)荷工況下，以1°CA經(jīng)歷的時(shí)間為時(shí)間步長，可以在有效的時(shí)間內(nèi)獲取準(zhǔn)確的排氣壓力損失性能。

4、>　　 最后，本文對排氣歧管進(jìn)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(dòng)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(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，由于各處結(jié)構(gòu)、流質(zhì)物性和流動(dòng)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(qiáng)烈，換熱強(qiáng)度最大;管壁兩側(cè)表面熱應(yīng)力較高，向中心逐漸降低，