发动机气缸盖冷却流固耦合计算和试验的研究

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1、分类号学号641210200670810学校代码10487密级硕士学位论文发动机气缸盖冷却的流固耦合计算与试验研究学位申请人：孔鹏学科专业：动力机械及工程指导教师：成晓北副教授答辩日期：2008年6月1日AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringFluid-StructureinteractionCalculationandExperimentalStudyonCylinderHeadCoolingofDieselEngineCandidate:Kon

2、gPengMajor:PowerMachine&EngineeringSupervisor:ChengXiaobeiHuazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhan,Hubei430074,P.R.ChinaJune,2008独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位

3、论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本论文属于保密□，在_____年解密后适用本授权书。不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日摘要发动机冷却系统及零部件结构强度设计，直接影响内燃机的动力性、经济性和可靠性，所以一直是内燃机研究的一个重要领域。而气缸盖是发动机中承受高温和高热负

4、荷最高的零件之一，对于气缸盖的冷却、传热和热状态研究是气缸盖热疲劳可靠性和热平衡研究的基础。随着现代计算机技术的发展，基于有限元方法可以实现流体与固体的耦合传热和流动数值模拟。本文首先综述了发动机冷却系统流动与传热，以及气缸盖热应力、热疲劳与冷却方面的国内外研究现状，重点介绍了流固耦合在缸盖传热研究方面所起到的重要作用；阐述了流固耦合的基本原理和实现流固耦合的基本方法，建立了发动机冷却系统和缸盖流固耦合的计算模型，以及流动与传热的基本模型，给出了相关的计算方法；以某车用发动机缸盖－冷却水腔系统为研究对象，在大量的冷却系统和缸盖温度场的试验研究基础上，验证了对原机二气门缸盖冷却水套

5、改进的合理性，并在此基础上提出了该机型柴油机的四气门缸盖方案；利用先进的流固耦合有限元计算与分析技术，结合计算流体力学CFD技术，计算了缸盖的水流场和温度场，实现了缸盖水腔内冷却水的流动和传热过程的模拟仿真。通过试验结果验证了流固耦合有限元方法对温度场模拟的可信性，并考查了缸盖材料对温度场的影响作用研究表明，通过流固耦合有限元方法进行的温度场数值模拟能够较准确的反应缸盖的温度场与热应力分布，为缸盖的设计提供可靠的依据。关键词：车用柴油机;流固耦合;冷却系统;水流分布试验;缸盖温度场IAbstractThedesignoftheenginecoolingsystemanditspa

6、rts’structuralstrengthhaveadirectimpactontheengine’sdynamicperformance,economicperformanceandreliability,soitisanimportantfieldofenginestudy.Thecylinderheadisonepartwhichsuffersthehightemperatureandthermalstressinengine,soitisoneofthemostimportantground-workstostudyheattransferandthermalstatu

7、softhecylinderheadforitsthermalfatigueandthermalequilibriuminvestigation.Now,finitevolumemethodmakesitrealizabletosimulatethecoupledheattransferbetweenliquidandsolid.Thispaperreviewedtheheattransferandflowoftheenginecoolingsystemfirstly,thent