船用6300柴油机缸套热负荷的有限元分析.pdf

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1、第35卷第6期河北工业大学学报2006年12月Vol.35No.6JOURNALOFHEBEIUNIVERSITYOFTECHNOLOGYDecember2006文章编号：1007-2373(2006)06-0078-04船用6300柴油机缸套热负荷的有限元分析曹海滨（青岛远洋船员学院机电系，山东青岛266071）摘要介绍了6300船用柴油机气缸套热负荷分析的各种边界条件的确定，以及有限元模型的建立，并利用ANSYS软件对其进行了分析，计算出热负荷在缸套的分布情况，对机械设计人员以及设备管理检修人员具有一定的指导意

2、义．关键词缸套；热负荷；边界条件；有限元中图分类号TK423文献标识码AAnalysisofHeatLoadfortheCylinderLinerof6300MarineDieselEngineonFEMCAOHai-bin(EngineeringDepartment,QingdaoOceanShipingMarinerCollege,ShangdongQingdao266071,China)AbstractDefinitionstheboundaryconditionandconstructingthemodel

3、forthecylinderlinerof6300marinedieselen-ginearediscussedinthisarticle.Additionally,thisarticleanalysisthedistributionofheatloadoncylinderlinerbyFEM.Keywordscylinderliner；heatload；boundarycondition；FEM0前言缸套是组成柴油机燃烧室的主要部件，在工作中承受着高温燃气的作用．由于缸套内燃烧过程非常复杂，各个部位工作条件不一致

4、，使得缸套在工作中的温度场和热应力的分布比较复杂．热负荷是导致柴油机缸套裂纹的重要因素之一．本文应用有限元大型通用软件ANSYS研究了6300船用柴油机缸套部件的温度场和热应力的分布情况，可以为缸套的设计和使用管理中的检验提供科学依据．1柴油机缸套传热数学模型及边界条件的确定1.1数学模型的建立[1]柴油机缸套内部传热过程实际为一个复杂的非稳态的传热过程，但根据相关文献，可以把缸内的传热过程等价为稳态传热过程来计算，并且可以得到较为准确的结果．在一般三维传热问题中,在无内部热源的情况下，稳态温度场=,,,在直角坐标

5、系中应满[1]足的微分方程222(2+2+2)=0(1)方程(1)必须在相应的边界条件下才能求解．在工程计算中，一般采用第三类边界条件，就是要给出流体温度和对流换热系数．对于气缸套来说，其周围介质主要是高温燃气和冷却水以及缸套与缸体的直接接触部位等．收稿日期：2006-08-11作者简介：曹海滨（1972-），男（汉族），讲师．第6期曹海滨：船用6300柴油机缸套热负荷的有限元分析791.2缸内燃气温度和换热系数的确定1.2.1换热系数的确定[2]本文采用Eichelberg公式计算：3(W/m2=7.789K)(

6、2)式中：为活塞平均速度，m/s；为缸内瞬时气体压力，MPa；为缸内瞬时温度，K．[3]缸内瞬时气体压力、缸内瞬时温度通过柴油机运转中测得的示功图计算．[2]等效换热系数可由其定义公式(3)计算：=10d(3)00式中0为工作循环时间．1.2.2燃气温度的确定[2]燃气的温度必须采用等效燃气温度来计算10d00(4)=10d001.2.3缸套内壁换热系数和换热等效温度轴向的分布[4]如果假定燃气等效换热温度保持不变，燃气的换热系数相应的可表示为：=，为换热系数沿缸套长度的分布系数，可从图1中查得．1.00.500.

7、10.20.30.40.5/图1换热系数沿缸套长度的分布系数图Fig.1Distributionoffilmcoefficientalongthelengthofcylinderliner根据图1，为方便计算，可以沿缸套长度方向把换热系数划分为4段：1)在上止点附近（/≤0.05，为缸套内壁某点距缸套顶部的距离）=；2)0.050.2，=0.3．1.3缸套冷却水换热系数和温度的确定[4]换热系数：=348.9+2093(W/m2℃)(5)为冷却水流量

8、，m/s．冷却水温度：冷却水温度根据实测或根据柴油机使用要求确定，缸套冷却水腔下部表面温度为60℃，上部表面温度为70℃．[4]1.4缸套与机架之间的换热系数f和机架温度Tf的确定[4]缸套与机架之间的换热系数取决于材料性质和接触面之间的比压．一般按经验选取，一般可如图80河北工业大学学报第35卷2所示．机架温度可由实机测得，或按=（1.2~2.0）(冷却水