mba論文排氣門熱邊界傳熱模型及其熱負荷評估pdf

1、 排氣門熱邊界傳熱模型及其熱負荷評估 重慶大學碩士學位論文 （專業(yè)學位） 學生姓名：柴 望 指導教師：張 力 教 授 兼職導師：賴曉麗 高 工 學位類別：工程碩士（車輛工程） 重慶大學機械工程學院 二 O 一三年五月 重慶大學碩士學位論文 中文摘要 I 摘 要 隨著石油能源日漸匱乏，排放法規(guī)日益嚴格，低排放，低能耗，高

2、功率，高扭矩的內燃機已成為研究發(fā)展的方向。目前，內燃機工作者已經提出了許多方法提高了發(fā)動機的輸出特性，其中較為典型的方法包括機械增壓、渦輪增壓、進排氣 VVT、缸內直噴等技術。但隨著內燃機工作強度的提高，務必要突破的瓶頸為內燃機各部件的高負荷機械性能穩(wěn)定性。其中，作為內燃機燃燒室的重要組件排氣門，由于其工作狀態(tài)粗暴且處于高溫高壓環(huán)境、不易冷卻潤滑、又承受著高溫廢氣的高速沖刷，故容易造成排氣門失效。所以排氣門的機械結構穩(wěn)定性好壞將直接決定

3、內燃機的動力、經濟性能的提升與其工作穩(wěn)定性。 本文采用長安集團可變凸輪相位器的 D20VVT 內燃機為基礎，研究了內燃機四工況下排氣門底面、錐面、頸部、桿部的工作狀態(tài)以及其對應的合理熱邊界條件，并基于此求出排氣門的達到熱平衡狀態(tài)時的熱負荷與溫度場分布。為了準確計算排氣門的熱邊界，本文依據(jù)將排氣門開閥、落座兩工況下相對于氣門導管與氣門座圈的位置，將其細分為七個區(qū)域。并且求解內燃機四工況下排氣門各個區(qū)域的熱邊界條件。其中對于排氣門錐面、桿部

4、兩個主要散熱區(qū)域的熱邊界，創(chuàng)新性的應用熱阻等效的方法將氣缸蓋水套處的第三類熱邊界條件等效到排氣門對應區(qū)域，此方法保證了流體溫度、平均流速取值的準確性與可測量性。對于氣門頸部，受高溫廢氣沖刷區(qū)域，建立排氣閥開啟時耦合場計算模型，并應用流場計算軟件將排氣門開啟時頸部、錐面、底部區(qū)域的第三類邊界條件進行有限元計算。 文中選取 Cr-Mn-Ni-N 奧氏體耐熱鋼 21-4N 作為排氣門材料， 此耐熱鋼具有較好的高溫機械性能且抗 PBO 腐蝕性良

5、好，常被用于制造轎車排氣門。本文應用軟件 ANSYS WORKBENCH，對排氣門熱負荷進行有限元模擬計算。以此得到的排氣門熱負荷隨時間的變化曲線，各節(jié)點溫度曲線收斂時的溫度場，并以仿真得到的溫度場與參考文獻中汽油機排氣門實際溫度場相對比，可以看出排氣門第一熱點區(qū)域與第二熱點區(qū)域與實際區(qū)域相一致，且最高溫度與溫度場梯度與實際相符，證明了方案的可行性 最后，本文以此溫度場為基礎，通過 ANSYS WORKBENCH 模擬計算排氣門最大負荷