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.     

纳米流体强化内燃机冷却系统流动的基础研究

利用高导热率、传热性能好的传热工质(纳米流体)替代传统冷却介质应用于内燃机冷却系统中,通过纳米流体流动特性的基础研究,为其在内燃机冷却系统中的应用提供理论基础支持.因此,利用试验方法对纳米流体在波壁管内的流动进行可视化研究,以期对纳米流体的流动机理进行详细的探讨,从而推动纳米流体在内燃机冷却系统中的应用.研究发现:纳米流体的黏度增加值不大,且随着温度的升高,增加值降低;而相同入口速度状态下,纳米流体在波壁管内的流动比纯水更为活跃,漩涡数量增多,质量传递特性增强,且随纳米颗粒浓度的增加,流动湍流效应增大.通过分子动力学方法发现纳米颗粒在纳米流体流动过程中存在强烈的旋转作用,从而出现微湍流流动效应,进一步强化了纳米流体的湍流流动效果.     

耦合法在柴油机传热研究中的应用

利用流固耦合的分析方法,将柴油机气缸盖、气缸垫、气缸体、气缸套等柴油机主要零部件以及缸内气体、冷却介质作为一个耦合体,进行燃烧室部件的传热数值模拟实验。其中,冷却水侧的对流换热系数和温度由CFD软件Star-CD对整个水路进行模拟计算获得;底板火力面侧燃气的对流换热系数和温度由GT-POWER软件对缸内工作过程进行模拟获得;缸套燃气侧温度由活塞组——气缸套耦合传热模拟获得。最终的计算结果与实验数据较吻合,可以为柴油机热负荷分析和柴油机设计提供理论依据。     

Effect of heat transfer space non-uniformity of combustion chamber components on in-cylinder soot emission formation in diesel engine

Combustion chamber components (cylinder head, cylinder liner, piston assembly and oil film) are treated as a coupled body. Based on the three-dimensional numerical simulation of heat transfer of the coupled body, a coupled three-dimensional calculation model for the in-cylinder working process and the combustion chamber components was built with domain decomposition and boundary coupling method, in which the coupled three-dimensional simulation of in-cylinder working process and the combustion chamber components was adopted. The simulation was applied in the influence investigation of the space non-uniformity in heat transfer among combustion chamber components on the generation of in-cylinder emissions. The results show that the space non-uniformity in heat transfer among the combustion chamber components has great influence on the generation of in-cylinder NO _x emissions. The heat transfer space non-uniformity of combustion chamber components has little effect on soot formation, and far less effect on soot formation than on NO _x . Under two situations of different wall temperature distributions, the soot in cylinder is different by 1.3% when exhaust valves are open.     

正庚烷薄膜润滑的分子动力学模拟

研究以正庚烷作为润滑剂时薄膜润滑膜的结构特性和摩擦特性。采用分子动力学的方法建立薄膜润滑的计算体系,探究温度和压力对润滑油膜结构组成、滑移现象和摩擦特性的影响。结果表明,纳米量级润滑膜显现出“分层”的类固性;温度越高,固液分子之间吸附作用越强,越不易发生界面滑移,摩擦力越大;压力越大,层状结构越突出,类固性越强,越不易发生界面滑移,摩擦力越大;薄膜润滑是一种过渡状态,且是一种可以独立存在的过渡状态。     

活塞组-气缸套耦合传热模拟

将柴油机缸内燃气、活塞组-气缸套、冷却介质作为一个耦合体,考虑相应的物理场及各部件间的耦合传热关系,建立了活塞组-气缸套的耦合传热模型。并用该模型实机模拟了6110型柴油机活塞组-气缸套的耦合传热过程．预测出活塞组润滑油膜-气缸套的耦合传热过程。实验表明数值结果合理可信。     

燃烧室部件传热时间非均匀性对柴油机整体性能影响的研究

将所有燃烧室部件(气缸盖-气缸套-活塞组-润滑油膜)作为一个耦合体,在对耦合体进行瞬态传热数值模拟的基础上,利用分区求解、边界耦合法建立缸内工作过程与燃烧室部件的耦合传热计算模型,从而实现缸内工作过程与燃烧室部件的耦合仿真模拟,以此考察燃烧室部件传热时间非均匀性对发动机性能的影响.结果表明:燃烧室部件表面的非均匀温度分布对常规金属柴油机的动力性、经济性和排放性能的影响十分微小,对传热性能有一定影响,但幅度也小于1%.因此在常规柴油机整体性能的准维模拟预测中,可以忽略燃烧室部件传热时间非均匀性的影响.     

配气相位对6106柴油机的性能影响研究

利用GT-Power软件,研究了配气正时对6106柴油机性能的影响.在全负荷工况下,分别对进气门关闭角度、排气提前角以及气门叠开角度对柴油机性能影响进行了计算和分析,并且通过计算得到了不同工况下的最佳配气正时角度.最后将所得的计算结果在6106柴油机上进行了试验研究,通过试验测得了全负荷工况下的柴油机的扭矩、燃油消耗和充气效率等参数,给出了优化前后计算值和试验值的对比,通过对比可以看出计算值跟试验值最大误差在1%以内,验证了计算结果的准确性.     

利用部件整体耦合法分析柴油机气缸盖热机械强度

为提高气缸盖的热机械性能,采用部件整体耦合法对多缸柴油机气缸盖进行了三维非线性有限元分析。在考虑各部件接触关系的基础上,计算了气缸盖在螺栓预紧力、热载荷、最高燃烧压力多场耦合作用下的应力分布,确定了各影响因素在缸盖上造成应力集中的主要位置及原因,并与发动机实际运行后情况进行了对比,为结构改进提供了理论指导。     

燃油的喷射雾化燃烧对柴油机缸内空气流动影响的研究

将柴油机缸内气体与全体燃烧室部件(气缸盖-气缸套-活塞组)作为一个耦合体,在对耦合体进行传热数值模拟的基础上得到缸内流动计算的壁面边界条件。利用大型通用CFD软件STAR-CD及ES-ICE,在进气压缩过程流动三维瞬态数值模拟基础上,对6110柴油机喷雾燃烧过程缸内三维非稳态流动进行数值模拟研究,着重分析燃油喷射、雾化、燃烧对缸内流动的影响。研究结果表明喷雾燃烧过程中燃油的喷射流动直接影响到缸内流场的总流型,在一定空间内完全打破缸内大的旋流流场。