高压共轨喷油器及油管流固耦合传热与强度数值模拟分析

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1、天津大学硕士学位论文高压共轨喷油器及油管流固耦合传热与强度数值模拟分析HeatTransferandStrengthAnalysisinHighPressureCommonRailInjectionSystemConsideringFluidStructureInteraction学科专业：工程热物理研究生：陈玉涛指导教师：安青松副教授天津大学机械工程学院2017年12月摘要当前，柴油机的高增压比、高功率密度的发展需求推动了高压共轨技术的快速飞跃，然而这也使得高压共轨柴油机中的关键零部件，如喷油器和高压油管热负荷以及机械负荷大幅度增加，都对柴油机的可靠性提出了严峻要求

2、，因此开展对高压油管的力学特性以及喷油器的热强度进行精确的分析以合理控制负荷就显得格外重要。本文首先针对共轨系统中的高压油管受到高压高频冲击产生的破裂和漏油的失效性问题，通过建立了高压油管-燃油耦合模型，采用流固耦合数值仿真方法对高压油管进行了力学分析，并与实测振动数据对比，分析了油压的高频冲击引起的油管疲劳破坏的主要原因，同时在此基础上，探究了预紧力大小、密封面开槽以及自增强技术对高频冲击的影响规律。仿真分析表明：未经强化时，油管在工作压力下的最大应力为328.16MPa，且最大应力部位位于油管内壁面；经过自增强强化后，油管在工作压力下最大应力为234.64MPa，

3、最大应力位置从内壁面转移到中间层壁面，最大应力下降了28.5%，这表明采用自增强工艺能够有效提高油管的承压能力，降低壁面应力以延长油管的使用寿命。其次，围绕喷油器的散热冷却问题，建立了喷油器-燃油、冷却液耦合模型，采用了实际工作状态的边界条件及初始条件，对喷油器进行了两轮交叉迭代的仿真分析，研究结果表明：喷油器喷射孔处的温度最高，最高能达到231.1℃，在流固耦合传热分析的基础上，同时考虑热负荷及机械负荷对喷油器进行了热-固耦合强度分析，重点分析了冷却液温度对散热性能的影响，并对应力集中区域从降低冷却液入口温度以强化散热和结构优化两方面进行了优化，研究发现：冷却液入口

4、温度的降低可以有效降低喷油器温度，进而降低热应力，当冷却液入口温度从75℃降低到35℃时，喷油器最高温度降低了12.93%。在此基础上，对蓄压腔法兰连接部位进行1mm加厚可以有效减少应力集中，通过两方面的优化可使叠加应力降低18.6%。关键词：柴油机，高压油管，喷油器，建模与仿真，流固耦合，强度分析IABSTRACTInresponsetotheenergycrisisandenvironmentalpollutionaswellastosatisfythedemandofincreasinglystringentemissionregulations，Itisane

5、ffectivewaytostrengthenvariousaspectsofdieselenginestoimproveitseconomyperformanceandemissionperformance,Therefore,thedieselengineisdevelopingtowardsthedirectionofhighpressureratioandhighpowerdensity,However,withtheimprovementofthoseparameters,thethermalloadandmechanicalloadofthecompone

6、ntsofdieselinjectionsystemsuchasfuelinjectorandhighpressurepipesincreasesignificantly,whichposesachallengetothereliabilityofdieselengine.Therefore,accurateanalysisforthemechanicalcharacteristicsofhigh-pressurefuelpipeandinjectorheattransferprocessisparticularlyimportant.Firstofall,themo

7、delofhigh-pressurefuelpipeisestablishedbySolidWorks,themechanicalanalysisofthehigh-pressurefuelpipeiscarriedoutbytheunidirectionalfluid-structureinteractionmethod,andthencomparedwiththevibrationdata,theresultshowsthathigh-frequencypercussionfromtheoilpressureisthemainreasonforf