4100QBZ型增压柴油机活塞温度场试验研究及有限元分析

针对4100QBZ型涡轮增压柴油机热负荷高的问题,采用硬度塞测温法实测了4个外特性点工况下活塞头部与侧面共19个特征点的温度,并结合有限元分析方法分析了增压柴油机标定功率工况下活塞三维温度场、热应力场及变形。研究结果表明,4100QBZ型涡轮增压柴油机活塞顶面工作温度随转速的升高而升高,在标定功率工况下活塞表面工作温度最高达368℃;在热负荷作用下,最大Von Mises应力为69.3 MPa,出现在活塞销座与销接触面上方尖角处,最大变形为0.474 mm,出现在活塞头部排气口一侧。     

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。     

496ZQ柴油机活塞热负荷研究及评价

活塞工作时,高温的燃气使活塞产生的热应力和热变形可能导致活塞产生裂纹、活塞环胶结以及拉缸等现象,直接影响到内燃机工作的可靠性和耐久性。本论文利用ANSYS软件,对496ZQ柴油机活塞的热负荷进行研究和评价,结果表明:原活塞第一环槽的最高温度、销座的最高温度和最大热应力、顶面的最大热应力不满足设计要求,采用加隔热槽和冷却油腔的方法优化后,活塞各项热负荷指标均满足设计要求,为原活塞的改进提供了依据。     

柴油机缩口四角ω燃烧室活塞温度场试验研究

针对改进的ZH1105W型柴油机缩口四角ω燃烧系统的热负荷问题,利用热电偶法实测了活塞顶面、侧面和内腔共16个特征点的温度值,并用Ansys软件计算模拟了活塞在标定工况下的温度场。结果表明,活塞顶面工作温度随柴油机转速的升高而升高,在标定工况下活塞顶面工作温度最高达311℃,活塞顶部因位置的不同,温度分布差异较大,排气侧和燃烧室喉口处温度较高,距燃烧室中心越远其温度越低。     

纳米陶瓷涂层对ω型活塞的热结构影响北大核心CSCD

研究了热障涂层厚度对活塞温度、热应力及热变形分布的影响,结合硬度塞法测试无涂层活塞特征点的温度值,采用有限元法与涂层活塞仿真结果进行比较。对不同厚度的涂层进行温度和热应力分析。研究结果表明,在涂层厚度0.3 mm~0.6 mm范围内,厚度每增加0.1 mm,活塞顶面温度提高10℃~17℃,活塞基体温度下降19℃~27℃。与无涂层活塞相比,0.6 mm厚的涂层活塞基体温度最大降幅为10.8%。涂层表面的热应力随着涂层厚度的增加而减小,涂层活塞基体的热应力变化不大。最大热变形处在陶瓷涂层,最大热变形量在活塞与气缸套允许范围之内。     

海拔高度对柴油机活塞温度及热负荷的影响

利用研制的存储式活塞稳态温度测量装置对变海拔高度下的活塞多个测点稳态温度进行了测量,以试验测量结果作为标定依据,计算不同海拔高度下的活塞温度场和热机耦合应力,研究活塞热负荷随海拔高度的变化规律.结果表明:在工况一定时,活塞测点温度随海拔高度增加而升高,在海拔高度为3.0 km处,关键测点的最高温度达292℃,比在平原海拔高度高了30℃以上;活塞第一环槽温度也由平原的225℃升高到高海拔处的261℃,已经出现润滑油结焦的情况.活塞应力值和变形受海拔高度影响较大,在高海拔时活塞热应力和热变形明显增大.研究结果可为高原工作的活塞设计、改进和热负荷的控制提供参考.     

高强化内燃机活塞瞬态温度场分布规律研究

应用ANSYS有限元分析软件,建立了某高强化150内燃机活塞的三维有限元分析模型,计算了瞬态过程和快速冷起动过程中活塞温度场的变化历程及热应力状况。计算结果表明：瞬态活塞顶面的温度波动最大达到22℃,由此产生的瞬态热应力幅值与稳态热应力幅值处于相同的数量级。而冷起动过程活塞温度近似按指数规律上升。这些快速变化的温度引起的附加热应力是活塞顶面热损伤不可忽视的因素。     

250型柴油机活塞热负荷特性分析

本文通过确定活塞关键部位的换热系数和温度边界条件,计算得出250型柴油机活塞的温度场,活塞的最高温度为384℃在钢顶喉口部位,并与活塞实测平均温度比较,温度相吻合。并计算和分析了在该温度负荷下的活塞热应力和热变形情况,最大热应力为246MPa在钢顶拱顶部位,径向最大热变形在钢顶顶面边缘部位,变形量为0.49mm。     

基于热障涂层的柴油机活塞热分析研究

以某非道路高压共轨柴油机作为研究对象,结合标定工况下活塞温度场试验测试结果,建立了不同厚度的热障涂层活塞有限元仿真分析模型,分析了热障涂层对活塞基体温度场、热应力及热变形分布特点和变化规律的影响.结果表明,热障涂层活塞的最高温度较铝合金活塞最大降幅14.83％;热障涂层活塞的热应力随瓷层厚度的增加而降低,较铝合金活塞有...     

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。     

基于Ansys的活塞温度场数值模拟研究

基于Pro／E和Ansys软件对改进的ZH1105W型柴油机缩口四角ω燃烧系统,建立了活塞几何模型,并进行了活塞温度场数值模拟计算。结果表明,在额定工况下,活塞最高温度出现在燃烧室喉部达到311℃,第一环槽的最高温度出现在排气侧,达到257℃,内腔最高温度在燃烧室背面,为239℃,这为活塞优化设计提供了依据。     

增压中冷柴油机活塞温度场试验研究

为了解4100QBZL型废气涡轮增压中冷柴油机热负荷问题,实测了最大扭矩工况点和标定功率工况点下活塞顶面21个特征点,燃烧室5个特征点,火力岸、环岸和群部10个特征点的温度,并应用Matlab软件对活塞顶部测点的温度值计算模拟得到了活塞顶部的温度场分布和等温线图。结果表明,增压中冷柴油机活塞顶部不同位置的温度分布差异较大,排气侧和燃烧室喉口处温度较高,离燃烧室中心越远其温度越低。     

Coupling conjugate heat transfer with in-cylinder combustion modeling for engine simulation

A conjugate formulation to predict heat conduction in the solid domain and spray combustion in the fluid domain was developed for multidimensional engine simulation. Heat transfer through the wall affects the combustion process in the cylinder and the thermal loading on the combustion chamber surface. To account for the temporal and spatial variations of temperature on the chamber surface, a fully coupled numerical procedure was developed to simulate in-cylinder flow and solid heat conduction simultaneously. Temperature fields in both the fluid and the solid domains were coupled by imposing equal heat flux and equal temperature at the fluid–solid interface. The formulation was first validated against analytical solutions. The formulation was then applied to simulate the in-cylinder combustion process and the solid heat conduction in a diesel engine under different operating conditions. Results show that the present model is able to predict unsteady and non-uniform temperature distributions on the chamber surface, which can fluctuate by nearly 100 K during combustion. The highest temperature on the piston surface occurs at the bowl edge along the spray axis. Predicted global engine parameters agree well with the experimental data. The present approach can be used to improve engine design for optimal combustion and reduced thermal loading.     

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。     

影响活塞燃烧室可靠性的结构因素研究

针对活塞燃烧室喉口疲劳开裂的问题，利用试验及有限元技术相结合的方式进行研究。研究表明，该开裂现象不仅与承受的较高热应力、材料蠕变有关，还与喉口处的微小孔洞、内冷结构、销孔结构、喉口过渡圆角、压缩高度、裙部厚度等结构因素密切相关。通过改进活塞相关结构，可达到降低活塞喉口应力，提高燃烧室可靠性的目的。     

高强度柴油机活塞温度与应力场有限元分析及其结构改进

结合柴油机活塞发展现状,针对某型号高强度柴油机,利用SolidWorks建立该柴油机活塞的三维模型,并用ANSYS对活塞进行有限元分析,讨论活塞在高温环境、最高燃烧压力或最大侧向力作用下的温度场、应力分布和变形情况*分析结果表明,活塞主要承受热应力和热变形,最大耦合应力在油道顶部,约270 MPa,最大变形出现在活塞顶部边缘,变形量约0.08%,变形随活塞高度降低而减小,在裙部略有上升*活塞头部在销孔方向上热变形大于耦合变形,两者差值随活塞头部高度降低而减小*活塞在垂直于销孔轴线方向上的耦合变形总体上大于平行于销孔方向的耦合变形。同时,燃烧室喉口、环槽和销座处应力集中明显,针对上述薄弱区域进行结构改进,发现改进后应力值均显著降低,这些结构改进对高强度柴油机活塞设计开发具有重要指导意义。     

影响活塞燃烧室可靠性的结构因素研究

针对活塞燃烧室喉口疲劳开裂的问题,利用试验及有限元技术相结合的方式进行研究。研究表明,该开裂现象不仅与承受的较高热应力、材料蠕变有关,还与喉口处的微小孔洞、内冷结构、销孔结构、喉口过渡圆角、压缩高度、裙部厚度等结构因素密切相关。通过改进活塞相关结构,可达到降低活塞喉口应力,提高燃烧室可靠性的目的。     

裙部型线对活塞裙部混合润滑特性影响的仿真分析

综合考虑了活塞裙部外形轮廓、表面波度、粗糙度、活塞裙部和缸套的热变形以及弹性变形等因素,建立了内燃机活塞裙部混合润滑数学模型,计算分析了工作状态下活塞裙部横向和纵向型线对活塞裙部混合润滑特性的影响.结果表明,裙部横向型线采用上端椭圆度小于下端椭圆度的变椭圆结构较为合适;纵向型线的中凸点位置应偏向裙部下端,以降低裙部摩擦功耗;相对于椭圆和圆曲线型线,纵向抛物线型线具有最小的摩擦功耗.