某汽油机改型前后机体温度场计算分析

直接流热耦合法将机体及与其相互作用的固体和流体部分作为一个整体进行研究,将难以确定的外部边界条件转化为内边界,通过能量守恒的方法在固-液交界面上自动完成热量交换。本文使用CFD软件STAR-CD,利用建立的机体、气缸盖和冷却水套组成耦合模型,采用直接流热耦合方法计算了某汽油机改型前后的机体温度场,计算结果和实验值吻合得较好,这反映了直接耦合法计算机体温度场有足够的精度。依据计算结果,本文对改型前后的机体温度场进行了详细地分析。     

12V400型柴油机整体球墨铸铁活塞的研究

整体球墨铸铁活塞是一种新型活塞。为了设计合理及缩短试制时间,我们用有限单元法对活塞的温度场、热流量分配及应力场进行了计算。本文介绍的计算方法是三角形剖分和二次插值,其精度较三角形线性插值为高,热边界条件可以输入第一类边界条件或第三类边界条件,也可以输入第一类及第三类的混合边界条件。可以节省计算时间,也减少了数据的准备及处理的工作量。本文还介绍了计算活塞时热边界条件的处理;及活塞振荡冷却腔冷却条件、活塞内腔冷却条件、冷却油温度、活塞材料导热系数和活塞顶部厚度等因素变化时,活塞温度场或应力场变化规律的探索。为设计、生产和运转提供了一定的资料。在12V400型柴油机的研究工作中,我们设计了一种整体球墨铸铁活塞。为了尽可能达到等强度、结构尺寸合理和重量轻等要求,采用高精度元有限单元法对活塞顶部的温度场及应力场进行了计算。计算中变换了各种热边界条件和一些结构参数,使计算结果比较符合实际情况;同时摸索热边界条件变化时对活塞温度场的影响,以便为优化设计探求规律及减少今后的试验工作量。由于对燃气侧的热边界条件所做的工作比较少,因此本文侧重点是活塞冷却侧热边界条件变化时对温度场影响的研究。     

基于有限元法的活塞-缸套-冷却水系统固流耦合传热研究

发动机活塞-缸套-冷却水组成的固流耦合传热系统涉及固体部件传热以及计算流体力学问题。确定此系统的内部边界条件成为发动机传热研究的难点。因此采用耦合分析方法将固体部件和流体部分作为一个整体进行研究。将活塞、缸套、冷却水系统内边界定义为wall边界，计算时自动在相耦合的两个体之间传递热交换条件，无需再进行单独定义，从而计算时可只定义系统外部边界条件。在进行有限元固流耦合传热计算方法研究基础上针对某6130发动机中活塞-缸套-冷却水系统进行数值仿真，所得结果相对试验结果有较高精度。     

球墨铸铁活塞在燃气发动机中的应用

以缸径为200 mm的某型号天然气发动机活塞为研究对象,采用高硅铝和球墨铸铁600两种材料,使用有限元法对此活塞的温度场进行了仿真分析。比较了在相同热边界条件下两种活塞头的温度分布,以及在各自温度场下的热应力和热变形,并计算了在15 MPa活塞顶面压力下的热机耦合应力及热机耦合变形。计算结果表明,采用铸铁活塞能承受更高的爆压,还能改善发动机的HC排放。     

汽油机活塞结构设计及分析

根据样机参数在结合整体铝合金活塞基本设计规律的基础上完成了活塞结构设计,并建立了活塞组件的三维模型;确定了活塞组件温度场、应力分析计算过程中的边界条件;采用接触对方法完成了活塞热分析、热机耦合分析及疲劳分析的数值模拟计算,为台架试验验证和产品设计定型打下良好的基础。     

船用大功率柴油机组合式活塞热结构耦合分析及温度场预测

通过建立柴油机组合式活塞的3D有限元模型,以文献中相似机型的实测缸套温度为温度边界条件,根据相应经验公式取得各换热区的对流换热系数,对新设计的组合式活塞进行了温度场预测;基于温度场计算结果及活塞所受结构应力,对该活塞进行了热-结构耦合强度及疲劳寿命分析。分析结果表明：该活塞设计较合理,整体安全系数均大于1.5。     

8E160柴油机活塞组热负荷及机械负荷耦合分析

采用活塞、活塞环和气缸套耦合的方法对 8E16 0型柴油机的活塞、活塞环、气缸套进行了三维温度场分析。以此为基础 ,对活塞组进行机械负荷和热负荷的耦合分析 ,计算了活塞耦合应力场 ,以深入了解活塞的热负荷状态及综合应力分布情况 ,进而为完成降低热负荷、改善应力分布的改进设计和进一步强化奠定了理论基础。讨论了 8E16 0型柴油机活塞和活塞销的三维有限元分析过程 ,并将本次温度场分析所采用的活塞组—气缸套耦合模型与活塞单一模型作了比较 ,结论为前者加载负荷的试算量比后者大大减少 ,并且精度高。     

基于数值模拟的全钢活塞温度场研究

利用有限元分析软件MSC.NASTRAN,结合活塞传热边界条件,对某新型柴油机全钢活塞温度场进行了计算。通过与传统铝活塞的对比,验证了全钢活塞及其结构的可行性,为进一步分析活塞的机械负荷及热机耦合提供依据。     

发动机冷却系统流固耦合稳态传热三维数值仿真

为解决发动机传热计算时冷却水与缸套、机体之间的流动与传热耦合边界问题，建立了发动机活塞组-缸套-冷却水-机体三维流固耦合系统，并利用有限元分析软件的流固耦合计算功能，把单个零件的传热外边界条件处理成内边界，使得传热仿真更合理更简单。以某增压柴油机为例，用有限元分析软件ANSYS对建立的三维流固耦合模型进行了稳态传热数值仿真，得到了耦合系统的温度场和流场云图。与标定工况下活塞和缸套的温度场测量数据进行了对比分析，结果表明：仿真结果与实测数据吻合较好，误差控制在8％以内。由此说明应用流固耦合仿真方法可以较好地模拟发动机稳态传热。     

活塞热疲劳分析

用Pro/E建立活塞几何模型,在ANSYS单元库里选取热结构耦合单元,对模型网格进行优化,并对活塞温度场进行标定,然后进行热机耦合分析计算,得到活塞温度场、热应力场和变形。计算结果表明,在低频热疲劳下,活塞循环次数最少约是1 120 000次,这为活塞的结构改进和优化提供了依据。