排气阀热边界条件分析及温度场有限元计算

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1、第31卷(2009)第4期柴油机Vo1．31(2009)No．4DieselEngine排气阀热边界条件分析及温度场有限元计算吴羽明，曾攀。方刚，雷丽萍(清华大学机械工程系先进成形制造教育部重点实验室，北京100084)摘要：排气阀在高温环境下工作，对内燃机的应用可靠性及使用寿命有着重要的影响。针对轻12V180型柴油机，分析排气阀的工作环境，计算了柴油机排气阀等效的热边界载荷，结合有限元分析软件ANSYS，建立热模型进行排气阀温度场分析，为排气阀．T-作负荷状况的改善与优化设计提供了理论依据。关键词：排气阀；柴油机；热边界；有限元法中图分类号：TF423．43文献标

2、识码：A文章编号：11301-4357(2009)04-0033—06AnalysisofThermalBoundaryConditionandFEACalculationofTemperatureFieldfortheExhaustValveofDieselEngineWuYueming，ZengPan，FangGang，LeiLiping(EducationofMinistry，KeyLabofAdvancedMaterialProcessingTechnology，DepartmentofMechanicalEngineering，TsinghuaUnivers

3、ity，Beijing100084)Abstract：Exhaustvalveworksinhigh—temperatureenvironmentsandhasanimportantimpactontherelia-bilityoftheinternalcombustionengineanditsservicelife．Togaintheequivalentthermalboundaryload，analysisfor12V180dieselengineofthevalveanditsworkingenvironmentwasoperated．Basedontheca

4、lcu-lationresults，theheatconductionmodelwasbuiltuptoanalyzethetemperaturefieldofexhaustvalvewiththefiniteelementanalysissoftwareANSYS，whichprovidesatheoreticalbasisandareferencefortheimprove—mentofexhaustvalve~workloadandtheoptimizationofthedesign．Keywords：exhaustvalve；dieselengine；ther

5、malboundary；FEA1引言2排气阀工况与热载荷分析排气阀是内燃机燃烧室的重要零部件，是高温2．1排气阀基本工作环境燃气进出燃烧室的通道，工作环境非常恶劣，在高柴油机排气阀在工作中时刻与高温燃气相接温燃气冲刷腐蚀的环境下，极易发生失效，直接影触，受到高温燃气的冲刷，承受着很高的热负荷，响着内燃机整机的可靠性与使用寿命。近年来，随同时，燃气对排气阀端面的爆破压力以及气门弹簧着内燃机技术的发展与经济社会的发展，对内燃机弹力和传动零件惯性力等也使得排气阀承受着较大安全性的要求越来越高，排气阀使用状况的研究与的机械载荷。排气阀工况苛刻而冷却和润滑状况又改善正是一个重要

6、方向。本文对排气阀进行热边界较差，因此，要求排气阀有足够的刚度、强度，耐载荷分析，结合有限元软件进行温度场计算研究，热和耐磨。并探讨其变化规律，具有一定的实际意义。较高的温度或不均匀的温度分布将使排气阀材料性能下降，发生烧损或变形翘曲，最终导致漏气收稿日期：2009-02-27·34·柴油机第31卷第4期及掉块等，因此温度及其分布状况是导致排气阀失成排气阀上的附加加热3，以及阀座接触面上的效的一个重要因素。对流传热2。在良好的情况的下，特别是排气阶2．2排气阀工作情况段也能在气阀上传出热量。在排气过程中阀座接触柴油机工作时，燃烧室周围受热部件的表面均面上也吸收热量q>

7、4，经阀座传出的热量是总承受着燃气的周期性加热，从而形成室壁内部件的传出热量的绝大部分，仅小部分热量5通过阀杆温度波动。稳定工况下，这种温度波动是以一个工和启发道观传至气缸头以及冷却介质。作循环为周期的高频率波动，不过由于这种有波动为了使排气阀温度场能达到吸收和传出热流量特性的温度变化仅仅出现在受热零件材料厚度很薄的平衡，有如下式1。的表层区域内，即热边界层，因此在分析排气阀温①1+2+(P3+4+5+q)6=0(1)度场分布时，可以将排气阀阀盘在燃烧过程中所承基于此，针对排气阀运行中的两个基本工作状受的热负荷作为稳态来处理。态，通过计算燃烧室温度与