大功率特种柴油机改进中关键部件的热负荷分析研究

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1、分类号密级UDC编号硕士（博士）学位论文大功率特种柴油机改进中关键部件的热负荷分析研究ThermalLoadAnalysisandResearchforTheKeyComponentsintheImprovementofHighPowerSpecificDieselEngine指导教师姓名：周炎职称：研究员学位申请人姓名：刘鹏飞申请学位级别：硕士专业名称：轮机工程研究方向：柴油机热负荷分析论文提交时间：2015.1培养单位：上海船用柴油机研究所学位授予单位：中国舰船研究院学位论文原创和使用授权声明学位论

2、文原创性声明本文郑重声明：本论文所有研究工作，均在导师指导下由作者本文独立完成。引用的有关观点、方法、数据和文献已在论文中注明，并与参考文献对应。除论文中已注明的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的研究成果。对本文研究作出任何贡献的个人和集体，均已在论文中以明确方式注明并表示感谢。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权声明中国船用研究院和上海船用柴油机研究所有权保存本文呈交的学位论文复印件及电子版，有权向国家有关部门或机构送交论文复印件及电子版，允许论文被查阅和借阅。本文授权

3、中国船用研究院和上海船用柴油机研究所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、缩印或扫描手段保存或汇编本论文。本学位论文属于：公开□内部□秘密□，在年解密后使用本授权书（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：导师签名：日期：年月日日期：年月日摘要本文以陆用大功率高速柴油机的改进设计项目为背景，项目的目标是将该柴油机改进为船用大功率特种柴油机。热负荷是决定改进设计成功与否的重要因素之一，对关键部件进行热负荷评估并以此为依据评定柴油机改进设计的安全性和可靠性，是项目必不可少的

4、工作内容之一。本文以柴油机缸盖、缸套为研究对象。首先通过应用AnsysFluent以及Workbench软件，采用常规的FEA计算方法对缸套热负荷进行了分析，并采用耦合分离解法实现了柴油机缸盖的对流—导热单向耦合仿真分析，得到了额定工况下柴油机关键部件的温度场以及缸盖火力面的换热系数的分布情况。并且将火力面的换热系数的分布作为之后计算的输入，将缸盖以及缸套的温度场作为热负荷高低的判据。在此基础上，运用直接耦合式解法，对运行于不同冷却水流量、冷却水入口温度工况下的原机缸盖进行了热负荷仿真计算，分析冷却水参

5、数对于缸盖热负荷的影响情况。最后，以之前的计算方法以及缸盖火力面的换热系数的分布情况为基础，针对重新匹配涡轮、排气管道后，运行于项目要求工况下的改进机型，对其缸套和缸盖进行热负荷评估，以评定柴油机改进设计的安全性和可靠性，并对热负荷评估的方法进行总结。经过以上一系列研究工作，具体得到以下结论：1.耦合分离解法与直接耦合解法都具有各自的优点与缺点，应当根据实际情况的不同选择合适的方法；在计算的初始阶段，考虑到仿真计算的可控性，推荐使用耦合分离解法来分析柴油机关键部件的热负荷情况。2.额定工况下，原机缸套、

6、缸盖的热负荷临界温度，皆低于缸套、缸盖的热负荷临界温度值，并且最大热应力也低于材料的抗拉强度极限。因此，原机缸盖、缸套的热负荷处于合理的水平。3.在不考虑沸腾的前提下，提升冷却水流量以及降低冷却水入口温度都可以降低缸盖的温度水平，但是两种方式都需要考虑：提升冷却水流量会导致冷却水流动损失增大，降低冷却水入口温度会增大缸盖的热应力。因此，在设计、改进柴油机的冷却水系统时，需要全面考虑多方面的因素。4.在其他工况参数不变的情况下，提升柴油机的排气背压或者升高柴油机的吸气真空度，都会导致柴油机火力面的平均温度

7、升高，并导致缸盖、缸套的热负荷水平明显升高。I5.经过对柴油机燃烧室主要部件缸盖、缸套的热负荷评估分析，表明柴油机的改进设计是合理的。关键词：热负荷；耦合分离解法；直接耦合式解法；冷却水参数；排气背压；吸气真空度。IIAbstractThisarticleisbasedontheprojectofimprovementforhigh-speedterrestrialdieselengine,andthegoalofthisprojectistoimproveterrestrialdieselengine

8、tobeamarinespecialhigh-powerdieselengine.Thermalloadisoneoftheconclusiveelementsthatdeterminetheprojecttobesuccessorfailure.Therefore,itisnecessarytoevaluateandanalyzethethermalloadforkeycomponentsofdieselengineinordertoas