基于流固多相耦合的排气管垫片密封性能研究

对一台发动机而言,其排气系统的密封性能对发动机可靠性以及对环境会产生较大影响。我们以一台六缸柴油机的进排气系统为原型,通过对发动机一维计算、发动机单缸燃烧计算以及排气系统流动计算获得排气壁面温度和换热系数,进而获得排气系统的温度场。随后结合螺栓预紧力、振动等机械负荷边界条件及排气系统温度场,进行热-机械耦合计算,并从垫片接触压强以及排气管法兰变形两方面入手分析该型机排气管垫片的密封状况。计算结果表明,该型机排气管垫片密封问题主要是由排气管法兰变形较严重导致的。     

不同壁厚对气缸套壁面温度影响的有限元分析

以某重型柴油机的薄壁顶置湿式气缸套为研究对象,结合特定热边界条件,对气缸套的稳态温度场进行了有限元分析,气缸套三维温度场的计算结果显示气缸套最高温度为239℃,出现在气缸套活塞上止点附近。通过对比不同气缸套壁厚对壁面温度场的影响,明确了气缸套的变形分析中不同壁厚对气缸套壁面温度的影响,为气缸套结构设计改进提供理论指导和依据。     

基于有限元方法的柴油机锻钢活塞热分析

利用有限元分析软件ANSYS对某款中型柴油机锻钢活塞进行温度场模拟,并对活塞在热载荷下的整体变形、等效应力、环槽变形及销孔变形进行分析。分析结果显示:活塞整体温度场和变形量分布正常;喉口和环槽应力较高;环槽和销孔变形量合理,为柴油机锻钢活塞的研发提供理论参考。     

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270MPa,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。     

柴油机活塞的热及惯性力耦合研究

采用IDEAS软件研究了某型号柴油机活塞分别在热负荷作用下、惯性力作用下、以及在惯性力和热负荷共同作用下的强度及变形变化规律,热-机械负荷耦合下应力与变形的分布规律,找出了惯性力和热负荷对活塞应力与活塞变形所作的贡献。通过对原方案和改进后的方案比较,表明改进后活塞第一环内的温度明显降低,证明了改进设计的有效性,为该型号活塞的改进设计提供了依据。     

汽车排气管流固耦合应力计算

本文以汽油机排气管为研究对象,建立了排气管固体、内部烟气以及外部冷空气多种流体对流换热模型,采用CFD软件Fluent对排气管内外流场进行数值模拟,并将计算结果映射到FEA软件中进行流固耦合计算,得到不同车速下排气管的温度场及应力分布情况,计算结果表明外部冷空气的流动对排气管温度及应力分布具有很大影响。计算结果对排气管的模拟计算及生产设计具有一定参考价值。     

基于计算流体力学的柴油机选择性催化还原系统尿素水溶液喷雾特性分析

为探究影响柴油机排气管尿素水溶液（ureawatersolution,UWS）雾化效果的因素,搭建了UWS喷射试验台架,通过激光粒度仪测得尿素液滴粒径分布,并运用Rosin-Rammler函数对试验获得的累积粒径分布进行非线性拟合,利用计算流体力学（computational fluid dynamics, CFD）软件对柴油机负荷工况、UWS喷射温度和排气管壁温3种不同因素对UWS喷雾雾化特征、NH3浓度分布及液膜形成的影响进行仿真计算。结果表明：低负荷工况下的排气流量和温度低,UWS喷入量少,尿素液滴分解NH3的速率较低,80 ms时刻NH3主要分布在排气管中游;中高负荷工况,排气温度高、UWS喷入量多,有利于尿素蒸发热解生成NH3,该时刻NH3浓度区域偏离轴线,贴近排气管上表面;喷雾液滴粒径随UWS喷射温度的升高而减小,范围在1～12μm,空间内NH3浓度小幅增加,液膜沉积率随喷射温度升高显著降低;排气管壁温对UWS喷雾液滴粒径和蒸发热解速率影响较大,壁温升高加快了液滴粒径减小的速度,当壁面温度为473 K时,150 ms时刻下液滴粒径主要集中在30μm以下,附着壁面的液膜厚度明...     

机电联合控制LPG-柴油双燃料增压发动机的研究

对增压柴油机燃用 L PG-柴油双燃料、采用 2种机电联合控制方案进行了较为深入的研究 ,对比分析了原柴油机和机电联合控制 L PG-柴油双燃料发动机的动力性、燃料经济性和碳烟、NOx、CO、HC排放。机电联合控制方案 1的试验研究表明 :掺烧 L PG后 ,可以显著地降低柴油机的碳烟排放 ;但在小负荷范围内 ,燃料消耗率略有增加 ,HC、CO排放增加较多。机电联合控制方案 2的试验研究表明 :双燃料发动机和原柴油机外特性相比 ,转矩几乎不降低 ,燃料消耗率略有下降 ,碳烟排放显著降低 ,NOx、CO排放变化不大 ,HC排放增加 ;双燃料发动机和原柴油机负荷特性相比 ,燃料消耗率在小负荷范围内持平而在中等以上负荷略有下降 ,碳烟排放显著降低 ,NOx 排放变化不大 ,HC、CO排放在小负荷范围内基本相同而在中等以上负荷略有增加。     

495型柴油机增压后机体的改进设计方法

应用有限元数值计算方法对495柴油机在增压前后机体的应力分布及变形情况进行了研究，根据分析结果对薄弱部位作了改进设计，并进行了改进设计效果评估。结果表明，采用此有限元分析方法可为机体的评估和多方案改进设计提供依据。     

基于流固耦合计算的柴油机缸盖热-机械疲劳分析研究

以一台重载车用柴油机为研究对象进行了缸内燃烧和冷却水套的三维CFD计算、缸盖温度场流固耦合计算、缸体-缸盖耦合热-机械应力分析、缸盖低周和高周疲劳预测分析,提出了完整的多场耦合进行缸盖结构强度和疲劳寿命计算分析的方法。计算结果表明:缸盖温度场的计算值与缸盖底板温度场的测量值一致,缸盖计算预测的疲劳危险区与实际缸盖裂纹产生的位置一致。针对原机存在的排气道裂纹问题,提出了两种优化方案。研究结果表明:增加壁厚之后,裂纹处的应力从245MPa降至230MPa,而将缸盖材料从灰铁更换为蠕铁后,应力也得到明显下降。     

排气管断裂故障的分析及改进

柴油机排气管的受力状态较为复杂,既因为高温排气影响承受较大热应力,又因为支撑增压器等零部件而承受较大的振动载荷,所以破坏风险较大。本文对某轻型柴油机耐久试验中出现的排气管断裂故障进行了详细分析,结合仿真分析方法及材料分析方法,系统地阐述了排气管断裂的产生原因。最后提出了改进建议,并对改进方案进行了仿真和试验验证,为今后排气管的设计提供了参考依据。     

某汽油机气缸盖热负荷分析

使用CFD软件通过建立的气缸盖、机体和冷却水套组成的耦合模型,采用直接流热耦合方法计算了某四气门汽油机气缸盖温度场。计算结果显示:气缸盖最高温度为234.1℃;气缸盖各缸燃烧室壁面温度分布不同,其中三缸燃烧室壁面温度较低。以此温度场为载荷,使用FEA软件计算了气缸盖热应力和热变形,结果表明,在只有热负荷作用时,气缸盖水孔附近存在着较大拉应力,最大值为90.0MPa;气缸盖最大热变形出现在各缸之间连接处,其值为0.386mm。     

某16缸发动机排温不均匀性分析及优化

为解决某16缸发电用柴油机各缸排温不均匀性问题,建立一维热力学模型,仿真分析各缸不均匀性原因,设计使用中间管和定压排气管方案使各缸排气背压一致,改善各缸排温不均匀性,并进一步优化定压管方案。仿真计算表明：柴油机发火顺序和脉冲排气管设计导致各缸排气干涉是各缸排温不均匀的主要原因;中间管方案可以改善各缸排气的相互影响,各缸平均排温极差比原方案降低约28%;定压排气管方案可以改善各缸排气背压不均匀性,各缸平均排温极差比原方案降低约40%;随着定压管总管径的增加,发动机比油耗先减小后增大;采用定压排气管优化方案后的发动机各项指标与原机基本一致,各缸的排温极差降低40%以上,有效改善了各缸排温的不均匀性。     

用三维有限元法对柴油机气缸盖几个设计方案作对比分析

以Z6110型柴油机缸盖为例,采用三维有限元建模对几个缸盖方案进行了结构强度对比分析,计算了气缸盖的温度场、综合应力场。其计算结果和试验结果基本吻合,为柴油机气缸盖结构设计改进提供了理论依据。     

排气管设计及热变形研究

发动机排气管在工作过程中承受较大的热负荷。本文以某款柴油发动机排气管为例,阐述了排气管设计过程中的仿真计算流程,重点对排气管的温度场,排气管的热变形与密封性能进行分析研究。最终通过试验证实排气管设计的正确性以及分析方法的正确性。     

基于流固耦合方法的排气管低周热疲劳分析

针对某6缸发动机高镍铸铁排气管在试验过程中出现的裂纹故障,基于流固耦合方法,利用有限元分析软件对故障排气管进行温度场、应力场和低周热疲劳计算分析.计算结果表明,排气管应力幅值较大区域和低周热疲劳计算寿命较低区域均与试验过程中发生的裂纹故障位置相吻合;冷热冲击工况下较大应力幅值产生的塑性应变是造成排气管热疲劳的主要原因....     

三维有限元分析在S195机体轻量化设计中的应用

采用ANSYS有限元分析法,对S195柴油机机体进行了符合实际情况的Pro／E三维建模,研究了机体的变形和应力状态,探讨了目前S195柴油机机体应力有限元计算中力学模型的合理性,并对机体进行了模态分析,为柴油机轻量化、改进设计提供了有价值的理论依据。     

三维有限元分析在S195机体轻量化设计中的应用

采用ANSYS有限元分析法,对S195柴油机机体进行了符合实际情况的Pro/E三维建模,研究了机体的变形和应力状态,探讨了目前S195柴油机机体应力有限元计算中力学模型的合理性,并对机体进行了模态分析,为柴油机轻量化、改进设计提供了有价值的理论依据。     

高功率条件下气缸盖的温度测试和改善冷却的数值模拟

在强化条件下对BFM1015柴油机气缸盖的温度场进行了试验研究,总结了气缸盖温度随负荷变化的规律及强化带来的问题.对冷却水腔进行了流动数值分析,发现冷却水对气缸盖火力面附近关键区域冷却效果较差且冷却效果不对称,在加大冷却水流量时更为显著.对原气缸盖冷却水腔进行了改进设计,通过改变局部结构和流场,改善了水流的对称性并提高了火力面附近关键区域的流速,在提高流量时延续了较好的效果.对改进后气缸盖的温度场进行了仿真计算,与原气缸盖的仿真结果进行了对比.结果表明,水腔改进后冷却水有效改善了气缸盖的冷却状况,柴油机负荷越大改善效果越明显.     

基于有限元仿真的船用单缸柴油机排气管开裂分析及改进

针对某船用单缸柴油机排气管在试验过程中出现开裂的问题,采用有限元方法,考虑材料的非线性因素,对排气管部件进行约束模态计算及热机耦合和振动疲劳计算,分析引起排气管开裂的主要原因。结果表明:排气管开裂位置受温度梯度影响,处于应力集中的薄弱区域,当振动幅度较大时,安全系数过小,易发生疲劳破坏。通过在管接部件上增加支撑提高刚度,减小排气管振动,避免了排气管疲劳开裂。后续试验验证了改进措施有效。