某汽油机气缸盖循环瞬态温度场计算

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1、成都，2007年8月中国内燃机学会燃烧净化节能分会2007年学术年会论文集某汽油机气缸盖循环瞬态温度场计算郭立新,杨海涛，夏兴兰（无锡油泵油嘴研究所，江苏无锡214063）摘要：发动机在稳定工况运行时，气缸内气体温度呈现剧烈周期性变动，气缸盖也将发生一定的温度波动。本文以某汽油机气缸盖为研究对象，借助ANSYS软件，计算了标定工况下气缸盖循环瞬态温度场。计算结果显示：在一个循环内，该汽油机气缸盖燃烧壁面最高温度极大值出现在压缩冲程上止点后38°CA，约为237℃；极小值出现在压缩冲程上止点前20°CA，约为230℃；不同曲轴转角，气缸盖和缸内气体之间热量交换方向有所差异；气缸盖燃烧室壁面

2、周期性温度波动深度在2mm以内，超过2mm温度趋于平稳。关键词：汽油机；气缸盖；循环瞬态温度场NumericalSimulationofThecyclicTransientTemperatureFieldinaGasolineEngineCylinderHeadGuoli-xin,Yanghai-tao,Xiaxing-lan(WuxiFuelInjectionEquipmentResearchInstitute，WuxiJiangsu，214063)Abstract:Whentheinternalcombustionenginerunsinsteadycondition,gastemp

3、eratureinthecylindervariesperiodically,andtemperatureincylinderheadwillalsovaryperiodically.Inthispaper,thecyclictransienttemperaturefieldincylinderheadofagasolineengine,whichrunsinratedconditions,isanalyzedbyANSYS.Theresultsshowthatthemaximalvalueofthehighestwalltemperatureincombustionchamberis2

4、37℃,whichappearsatATDC38°CAofcompressionstroke;theminimalvalueis230℃,whichappearsatBTDC20°CAofcompressionstroke.Orientationofheadtransferbetweencylinderheadandgasinthecylinderisdifferentateverycrankangle.Withtheincreaseofthedistancefromwallcombustionchamber,thecyclicswingofwalltemperatureincylind

5、erheadwilldecrease.Whenthedepthexceedsabout2mm,anobvioustransienttemperaturevariationcanhardlybeseen.KeyWords:gasolineengine;cylinderhead;thecyclicTransientTemperatureField在发动机一个循环内，气缸盖温度分布、变化规律。0引言1导热微分方程在发动机受热零件的热负荷分析时，近似认为[2]稳定工况下气缸盖温度分布为稳态，即气缸盖温度三维瞬态温度场微分方程如下：不随时间变化，这样往往不能完整准确地反映气缸∂∂T∂∂T∂∂T∂T

6、盖温度场信息。发动机运转时,气缸内气体温度呈[KX]+[KY]+[KZ]+ρQ=ρc∂∂X∂∂Y∂∂Z∂tXYZ现剧烈周期性变动，气缸盖温度也将发生一定周期性波动，虽然只涉及燃烧室壁面厚度方向不深的温（1）[1]度波动，却在燃烧室壁面产生高频波动热应力。式中：KX、Ky、Kz为材料各方向导热系数；波动热应力本身不是很高，但与稳定热应力叠加在一起，也可能使材料发生高频热疲劳，加速高温蠕T为温度；ρ为材料密度；Q为内部热源密度；c为变，导致燃烧室壁面薄层内产生网状裂纹,导致材材料比热；t为时间。料疲劳破坏。因此，在现代发动机设计中，需要详气缸盖温度场计算采用第三类边界条件后，方细了解气缸盖燃

7、烧室壁面的温度分布、变化规律，程简化为如下形式:以便在材料强度许用范围内，优化设计。∂T∂T∂TKn+Kn+Kn=α(T−T)XXYYZZ0本文以某汽油机气缸盖为研究对象，使用有限∂X∂Y∂Z元分析软件ANSYS，详细地分析了在标定工况下，（2）作者简介：郭立新（1975－），男，黑龙江省宾县人，工程师，研究方向：发动机热负荷、燃烧过程及结构强度计算分析。E-mail:guo_lixin@163.com成都，2007年8月中国内燃机