喷油冷却活塞传热过程的流固耦合分析

应用ANSYS Fluent软件建立发动机活塞及其冷却结构三维瞬态流-固-热耦合模型,通过燃烧计算得到燃气平均温度与平均传热系数,作为燃烧室壁面热边界;活塞及其冷却结构采用流固耦合计算,使用两相流流体体积(VOF)模型与动网格模拟活塞喷油冷却过程;通过瞬态传热数值仿真,得到活塞振荡油腔流场云图、油气分布云图、冷却油腔传热系数及活塞温度分布,与标定工况下活塞温度测试数据对比分析,研究结果表明:仿真结果与测试数据误差在5%以内,由此说明应用活塞流-固-热耦合仿真方法可以较好模拟柴油机活塞及其冷却结构瞬态传热。     

内燃机活塞连杆组有限元分析的研究进展

综述了内燃机活塞连杆有限元研究的最新成果,分析了有限元计算模型、计算方法的研究进展,总结出活塞连杆组的强度计算逐渐以温度场和应力场的耦合分析、接触非线性分析、瞬态动力分析和模态分析为主的发展趋势。     

内燃机活塞连杆组有限元分析的研究进展

综述了内燃机活塞连杆有限元研究的最新成果,分析了有限元计算模型、计算方法的研究进展,总结出活塞连杆组的强度计算逐渐以温度场和应力场的耦合分析、接触非线性分析、瞬态动力分析和模态分析为主的发展趋势.     

组合式活塞的一种实体有限元模型与分析

提出一种组合式活塞的实体有限元模型，采用自由度耦合方法处理裙部与活塞头之间的接触联结问题。并分析了计算了一新设计的内燃机车活塞的温度场，以及气体压力，往复惯性力和热载荷共同作用下的活塞综合变形与应力。计算结果表明，活塞的综合变形与应力并不呈轴对称分布，活塞顶部存在较大的局部弯曲机械应力。     

多缸内燃机缸体瞬态动力分析

建立了某4缸内燃机缸体的有限元模型，运用完全矩阵法进行了缸体的模态分析及瞬态动力分析。分析中考虑了缸套所受的缸套-活塞间的润滑油膜力、曲轴主轴承处所受的油膜动压作用、燃烧室内气体压力的作用以及缸盖对缸体的作用力。缸套活塞间的油膜力通过求解平均雷诺方程得到。曲轴主轴承处所受的油膜力由主轴承油膜润滑与活塞-连杆-曲轴系统动力学的耦合分析得到。瞬态动力学分析表明：该型号的内燃机在工作过程中，缸体的受迫振动主要是弯曲振动及沿缸套轴向的伸缩振动。缸体的振动会对缸套-活塞间的油膜润滑产生很大影响。     

流固耦合仿真技术在发动机稳态传热计算中的应用

为解决发动机传热研究中冷却水与缸套、机体之间的流动与传热问题，将有限元软件中提供的流固耦合仿真技术应用到发动机稳态传热计算中。建立了发动机活塞组-缸套-冷却水-机体流固耦合传热模型，该模型既包括了固体与固体之间的接触传热，也包括了流体与固体之间的耦合传热。同时，零件之间的传热边界条件也变得既简单又合理。以某型号柴油机为例进行了有限元仿真计算，并与活塞和缸套的温度场测量数据进行了对比分析。结果表明：仿真结果与试验测量数据误差较小，应用流固耦合仿真方法可以较好的模拟发动机稳态传热状态。     

涡轮盘-片耦合场及接触问题的热弹塑性分析

针时某燃气轮机动力涡轮叶片和轮盘,结合PRO/E与ANSYS建立了耦合场及接触有限元模型,并进行了瞬态热弹塑性分析,得到了轮盘及叶片启动过程中的应力应变时间历程.本文在应力应变分析中融合了热流固耦合及接触分析方法,因此得到的结论比较全面精确地反映出装置实际情况,并为燃气轮机的寿命预测提供了可靠的数据.     

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。     

分布式拉杆转子轮盘结合面接触热阻建模与分析

改进了结合面接触热阻分形模型,使其更适用于分布式拉杆转子轮盘结合面接触热阻的研究。通过理论计算和仿真分析,直观地揭示了轮盘结合面接触传热系数与拉杆预紧力、轮盘表面粗糙度及结合面温度的变化规律。研究结果表明,结合面接触传热系数随着拉杆预紧力增大而增大;随着轮盘表面粗糙度的增大而减小;随着结合面温度的上升先增大、后减小、再增大,但总体上呈增大趋势。同时表明,拉杆转子轮盘结合面接触热阻会对拉杆转子的整体温度场分布及热流传递产生重要影响,精确求解拉杆转子温度场分布及变化时必须考虑轮盘结合面接触热阻。     

某柴油机组合活塞的有限元分析

以有限元分析软件ANSYS为基础,对某柴油机活塞组的性能进行了研究,通过建立三维实体模型,结构离散化,然后进行了活塞的热-机耦合分析和瞬态动力学分析,为活塞的结构改进和疲劳分析提供理论依据和必要的边界条件。     

用耦合分析法研究内燃机活塞环-气缸套传热润滑摩擦问题

在以往对活塞环-气缸套润滑摩擦性能的研究中,大都忽略了活塞组-气缸套间的导热,或者将导热过程简化,这与该摩擦副的实际润滑摩擦状况相去甚远.把柴油机缸内燃气、活塞、活塞环、润滑油膜、气缸套、冷却介质作为一个耦合体,考虑各部件间及相应物理场间的耦合关系,采用耦合分析法建立了活塞环-气缸套的三维非稳态热混合润滑摩擦模型.该模型以三维瞬态热传导模型、动压润滑模型和润滑油膜传热模型为基础,并考虑了润滑油的黏温变化、燃烧室燃气泄漏、表面粗糙度、油膜破裂位置以及气缸套圆周方向上的非轴对称性等影响因素.采用上述模型,对6110型柴油机活塞环-气缸套摩擦副进行了传热、润滑、摩擦耦合分析,得到了活塞组-气缸套的温度场,并用试验证实了耦合模型的正确性;与此同时,得出了润滑油膜的温度、黏度、最小油膜厚度和摩擦热随曲轴转角和活塞环周向高度的分布曲线.     

Critical analysis of the experimental determination of the thermal resistance of metal foams

This paper addresses experimental and numerical analysis of the thermal resistance of M-Pore® copper foam. The findings suggest a separation of the thermal resistance into two components: material resistance and contact resistance. Finite element analysis is used to calculate the thermal material resistance. Calculation models are based on micro-computed tomography data in order to account for the complex material geometry. The same samples are used for experimental analysis. A transient method is applied where a time-dependent temperature change is related to the thermal resistance. In addition to material resistance, experimental measurement values inevitably include thermal contact resistance. Although a thermally conducting paste is used in order to minimise this effect, a significant thermal contact resistance is found. As a result, the experimentally measured thermal resistance can no longer be considered as a material property but depends on the sample size and the particular shape of the contact surfaces. Furthermore, it is demonstrated that the traditional approach to experimentally obtain thermal contact resistance by changing the specimen size is impractical for cellular metals. Instead, the contact resistance is obtained by comparing experimental and numerical results.     

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。     

高周波活塞热冲击计算与分析

本文用6150柴油机燃气温度拟合成三角形热冲击模式，作为活塞顶面的热激励源，建立了高周波三角形热冲击及集总参数导热模型，计算该活塞顶面温度响应曲线及其变化规律，以作为活塞顶面热疲劳分析和研究的基础。     

振荡冷却油腔活塞热结构强度的有限元分析

针对某增压柴油机振荡冷却油腔活塞的非对称结构，建立全活塞一活塞销一连杆小头的有限元模型；提出了振荡冷却油腔的第三类热边界条件的数学描述并进行了验证；通过建立活塞销和活塞销座孔的接触模型，研究了不同的卸载倾角对活塞结构强度的影响；采用阶谱单元(P单元)计算活塞回油槽等微细结构的力学效应；进行了在机械负荷和热负荷联合作用下的结构应力分析。     

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。     

燃烧室部件耦合系统过渡工况传热全仿真模拟研究

内燃机的起动、停车、加载等运行工况发生急剧变化（过渡工况）过程中，其燃烧室部位外于强烈地被加热或被冷却状态。这种热冲击增加了部件的动态疲劳热应力，给内燃机的可靠性带来严重恶果，是导致燃烧室部位破裂的主要原因之一。燃烧室部件的传热研究是热负荷计算和评定的基础，对内燃机的可靠性设计具有重要意义。作对燃烧室部件活塞组气缸套耦合系统在过渡工况下的耦合传热关系进行了较深入的研究，建立了描述这一传热过程的数学模型；并利用该模型，模拟了125风冷柴油机在各种过渡工况下的传热情况。     

用耦合分析法解决内燃机活塞传热问题

内燃机活塞处于复杂的受热状态：被缸内燃气的瞬时加热和冷却；活塞组与气缸套的动接触传热；冷却油腔及油束的对流换热等。确定上述各部分换热的边界条件成为活塞传热研究的重点和难点。本文采用耦合分析的方法将活塞及与其相互作用的各个部件作为一个整体进行研究，由此确定活塞各边界上的边界条件。并以110型柴油机活塞为实例，应用上述方法确定边界条件，对活塞进行三维有限元计算，计算结果同实验值良好吻合。     

高强化机车柴油机组合活塞热弹性接触分析

零件之间的接触与配合问题在内燃机零件强度和可靠性设计中是一个迫切需要解决的重要问题。本文以机车柴油机钢顶铝裙组合活塞为对象，建立组合活塞钢顶-铝裙-连接螺栓-活塞销的四体接触计算模型。采用该模型对组合活塞在预紧工况、最大惯性力工况、最大气体爆发压力工况下进行了三维热弹性接触有限元分析，根据Von—Mises屈服条件对活塞疲劳强度进行分析，以确定组合活塞的受力薄弱环节，从而改进组合活塞的结构设计，为改进其设计工艺和提高其工作可靠性提供理论依据。     

Assessment of Thermal Properties via Nanosecond Thermoreflectance Method

Nanosecond time-domain thermoreflectance (ns-TDTR) is an all optical method of determining independently a variety of thermal parameters of both homogeneous and layered materials. Despite its relative experimental simplicity, the sensitivity of the temperature decay (measured by the transient reflectivity signal) to the relevant thermal properties has yet to be fully characterized. In principle, it is possible to simultaneously extract multiple thermal parameters from a single measurement. In practice, however, changes to several of these parameters may result in experimentally indistinguishable variations to the transient reflectivity signal. In this work, we focus on investigating thermal properties of bulk material and the contact resistance between the thin-film coating that is needed for the ns-TDTR method and the bulk substrate. To extract multiple properties from one temperature decay trace, we divide the data into temporal sub-regions known to be influenced to different degrees by each individual thermal parameter and iteratively fit with a 1-D heat conduction model to independently determine the contact resistance and cross-plane thermal conductivity.