柴油机缸套—活塞瞬态传热仿真分析

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1、太原理工大学硕士研究生学位论文柴油机缸套-活塞瞬态传热仿真分析摘要在现代社会中，柴油机在大型客车、重型汽车、船舶、工程机械、发电机组等方面得到了广泛的应用，这是因为柴油机具有一些诸如热效率高和经济性能好、扭矩大等优点。但是笨重、噪声大，令许多人对柴油机的印象不好，对于柴油机在经济、动力、排放等方面性能指标的要求的不断提高，在对其构造上的设计优化、改进的标准也会越来越高。所以提高柴油机的可靠性就显得尤为重要，可以通过优化柴油机燃烧室内部的工作环境和恶劣条件，使柴油机更安全高效地运作。柴油机的热平衡分析

2、和热可靠性分析的基础主要是研究柴油机主要受热零部件的传热过程。本文在分析柴油机燃烧室内的传热状态的基础上，对柴油机主要受热零部件缸套-活塞进行传热仿真，其中以活塞-缸套之间相互耦合的子系统作为传热模型。在耦合系统中，对各个零部件之间接触的边界条件作相对应的处理，使原来单个零件的外边界条件转化为内边界条件，由有限元分析软件直接对其内部计算。建立系统瞬态传热动接触模型，对算例在标定工况下一个工作循环内的柴油机周期性瞬态传热进行数值仿真，并与稳态传热进行对比分析。本文研究的主要内容包括:（1）在对柴油机缸

3、套-活塞的传热规律进行分析的基础上，建立算例机型的活塞-缸套传热模型。以4100QBZ型柴油机作为算例，在额定工况下对其稳态传热进行仿真计算，为后文中的活塞-缸套瞬态分析奠定基础。I太原理工大学硕士研究生学位论文（2）针对柴油机周期性传热过程中缸套内壁的边界条件施加困难的难点，对单个缸套的周期性瞬态进行传热仿真，解决其中边界条件确定和边界条件施加的困难，为活塞-缸套的周期性传热仿真提供更优化更省时的方法。（3）在对柴油机中活塞-缸套的相对运动规律和周期性传热特点研究分析的基础上，建立以活塞-缸套为主

4、的动接触传热模型。计算模拟算例机型在标定工况下的活塞-缸套的周期性瞬态传热，得到在标定工况时周期性瞬态传热条件下的活塞-缸套表层温度的分布规律，并据此对活塞-缸套的传热与柴油机往复循环工作之间的关系作了分析。综上所述，本文对柴油机活塞-缸套的有限元分析，得到算例机型活塞-缸套在标定工况下的稳态温度场，单个零件缸套的周期性瞬态温度场和活塞-缸套的周期性瞬态温度场。针对数值仿真的结果进行分析对比，为设计优化和结构改进提供理论支持。关键词：柴油机，活塞-缸套，传热，瞬态，数值仿真II太原理工大学硕士研究生

5、学位论文TheSimulationAnalysisofDieselCylinder-PistonTransientHeatTransferABSTRACTInmodernsociety,thedieselenginehavebeenwidelyusedintermsoflargepassengercars,heavyvehicles,ships,constructionmachinery,generatorsandothergroups,itisbecausethedieselenginehasso

6、meadvantages,suchasgoodthermalefficiencyandeconomicperformance,torque.Butbulkyandnoisymakemanypeoplehaveabadimpressionofthedieselengine.Withtheincreasingdemandsoneconomy,power,emissionsandotherperformanceindicators,thestandardsfordesignoptimizationandi

7、mprovementofdieselengineconstructionbecomemoreandmorestrict.Therefore,toimprovethereliabilityofthedieselengineisparticularlyimportant,anddieselenginecanworkmoresafelyandefficientlybyoptimizingfortheinternalworkingenvironmentandconditionsofcombustioncha

8、mber.Thefoundationofheatbalanceanalysisandthermalreliabilityanalysisofdieselengineistostudytheheattransferprocessofmaindieselengineheatingparts.Basedontheanalysisfortheheattransferstateofcombustionchamber,theheattransferwassimulatedfort