基于流固耦合的某大型柴油发电机组中冷管路可靠性研究

大型柴油发电机组运行时,柴油机中冷管路流体介质流量大、压力高,会对中冷管路产生较大冲刷压力,导致中冷管路发生振动及变形,进而影响管路的可靠性。本文以正常运行中出现变形故障的某中冷管路为研究对象,利用流固耦合数值分析方法确定了故障原因,并提出了在约束薄软点增加约束的措施,顺利解决了该故障,为类似故障的解决提供了参考方法。

重载车辆进气中冷管振动特性及设计改进

某重载车辆的进气系统由左右两侧进气中冷钢管以及中冷器组成,在车辆交付使用过程中发现左侧进气中冷管常发生失效现象,右侧则未发生过失效。为考察中冷钢管的失效原因,对两侧管路的振动情况进行试验,分别在车辆原地取力和行驶工况下收集了进气系统不同测点的振动加速度数据。通过分析试验数据发现:左侧管路在车辆原地取力、发动机1700 r/min工况下会发生共振,右侧管路受到发动机的激振加速度相比左侧管路更大;在0~200 Hz内左右两侧管路振动的主频成分相差不大,对左侧中冷钢管进行频响计算发现共振频率主要发生在138 Hz,该频率下钢管根部的最大应力为74.2 MPa。通过对比左右两侧中冷管设计参数,对左侧进气中冷管的结构进行设计改进,并对改进后的结构再次进行仿真计算和试验。研究结果表明,该改进结构成功避开了激振的主频成分,同时也有效改善了不同工况下的管路振动情况。

大功率陆用发电机组中冷管路分析

陆用柴油发电机组主要由柴油机、发电机、散热器组成,目前柴油机主要采用涡轮增压技术,由于增压后的空气经过压缩,温度会升高,因此增压后的空气一般都需要通过中冷器进行冷却,降低空气温度提高进气密度,进而提高柴油机功率,降低燃油消耗。中冷形式分为空空中冷与水空中冷,空空中冷利用空气的流动进行冷却,其关键要素是整个中冷系统的密封性。

某发动机中冷管支架故障分析及优化

论文对发动机中冷管系统进行分析,利用Hypermesh软件对模型进行前期处理,对该中冷管系统进行变形量及强度分析,仿真分析过程使用结构仿真软件Abaqus。首先对故障件进行结构仿真分析,根据计算结果对薄弱点进行改进优化。通过更改结构和加厚板材的方式,提高中冷管系统的刚度,同时降低中冷管支架的变形量。优化后的支架较好地改善了原方案中冷管支架变形较大的情况,有效地解决了市场故障。

涡轮增压中冷管辐射噪声分析及优化

车用涡轮增压器工作过程中产生高频气流噪声成分,严重影响车内驾乘舒适性。增压器气动噪声成分的控制技术与解决方案,已成为汽车工程应用领域研究的重点之一。本文主要针对涡轮增压器的“Hiss声”、“泄气声”进行研究。首先,从增压器内部结构进行研究与分析,阐述其噪声的产生机理与特征。其次,提出消声器的模块化设计开发理念,并针对性设计了消声器结构,测试分析其传递损失特性。最后,将模块化消声器安装于增压管路系统,通过整车道路试验,验证其整车实际消声性能。结果表明,所设计的消声器结构有效抑制了涡轮增压器的噪声水平,显著改善了整车NVH水平,为工程开发应用提供有效的设计指导。

增压中冷管高频啸叫辐射噪声试验研究与改进

涡轮增压发动机通常表现为高频噪声问题,尤其是内部高温高压高速气流流经局部结构时,易于产生气流再生噪声,表现为窄频带特性。本文主要针对整车试验过程中出现的车内高频"啸叫"问题进行研究与解决方案。首先,通过整车转毂试验分析判断噪声源及主要传递路径。其次,通过增压中冷管路消声器的结构优化改进,试制相应的样件方案。最后,优化后的增压管路安装于整车并在转毂消声室内验证车内噪声改善效果。结果表明,优化改进的增压中冷管消声器,对5500-6500Hz高频"啸叫"成分均有较明显的抑制效果,表明消声器外壳体与内部芯子的空腔径向尺寸与气流再生噪声的产生相关性较高,为增压管路的工程开发提供有效的设计指导。

增压中冷管高频啸叫产生机理与解决方案研究

涡轮增压发动机常常表现为高频噪声问题,在系统零部件配套时除需考虑增压器内部产生噪声的消声设计外,还需考虑气流再生噪声。本文主要针对整车试验过程中出现的车内高频“啸叫”的产生机理研究,并提出工程解决方案。研究基于前期排查诊断的传递路径分析,以工程量产为目标,探究该“啸叫”问题的工程化解决方案,并通过整车道路试验验证评估优化后消声器的实际声学性能。研究表明,消声器外壳体与内部芯子的空腔径向尺寸与气流再生噪声的产生相关性较高,二次气流噪声主要源于声腔与穿孔之间的湍流效应产生。改进后的消声器工程化方案对5500-6500Hz高频“啸叫”成分有显著的改善效果,提升了车内驾乘舒适性。

基于Fluent与Abaqus的中冷管道气流冲击计算

基于Fluent与Abaqus软件,对某型号发动机中冷管道由于气流冲击和压力造成的管道应力和变形进行了计算分析。提取了中冷管道的内流道,并基于Fluent软件对中冷管道内流场进行了瞬态模拟;将得到的中冷管道内最大的流道压力场映射到Abaqus的固体网格模型,计算了气压和气流冲击作用下中冷管道的应力和变形量;对计算结果进行分析,并对结构进行了改进和评估。结果表明:通过加粗U形螺栓,对螺栓根部应力过高情况的改善效果不明显;通过增加管壁厚度,改善效果显著。

中冷压降对多级增压航空活塞发动机性能影响研究

为了提高航空用活塞发动机升限和高空性能,本文基于仿真方法,建立带有三级增压中冷的复合增压系统GT-POWER计算模型,并研究了不同飞行高度下各级中冷器的压降对增压系统及发动机性能参数的影响。研究表明,级后中冷器的压降会改变不同飞行高度下的增压系统中涡轮增压器的效率及实际总压比,进而影响发动机的动力性能和燃油经济性。其中,低压级中冷器的压降影响最为显著。在海拔20 km,当中冷器压降增大至6 kPa时,低压级中冷压降导致增压系统实际总压比下降了28.9%。同时,低压级中冷压降造成的航空活塞发动机功率损失约是同工况高压级造成的4倍、机械级的8.3倍。

非均匀散热管对中冷器流动均匀性的影响

为了解决中冷器内部气体流动均匀性差的问题,提出了非均匀散热管中冷器。基于非均匀散热管设计了非均匀散热管中冷器,采用计算流体力学(CFD)方法对非均匀散热管中冷器的内部流动均匀性进行了研究。结果表明:在不改变中冷器气室的情况下,使用非均匀散热管能有效提高中冷器内部流动均匀性;非均匀散热管中冷器与传统中冷器相比,均匀性系数提高2.45%~3.51%,中冷器整体压降增加约7%。

基于CFD数值模拟的汽车中冷器流动均匀性研究

针对汽车中冷器内流道气体流动均匀性差的问题,提出了一种在中冷器气室安装导流板的中冷器结构优化方案。基于CFD数值模拟,对中冷器内部气体质量流量分布、速度场和压力场进行了分析,通过风洞试验验证了仿真模型的有效性。在此基础上,研究了气室导流板对中冷器内流道气体流动均匀性的影响。研究结果表明:合理设置导流板,中冷器各散热管气体平均质量流量偏差由7.66%减小到3.20%,中冷器许用环境温度提高了0.84℃,气室压力损失减少了37.4%,改善了中冷器内流道气体流动均匀性,提高了散热性能,避免了芯体热应力集中,减少了可靠性失效风险。此中冷器结构优化方案可为中冷器流动均匀性研究提供参考。

车用增压发动机进气系统水冷中冷器CFD分析及结构优化

一种车用增压发动机通用的进气系统中,水冷中冷器的进气方向和散热器的散热铜管轴向之间的夹角接近90°。为了避免在散热器中出现热应力集中现象,提高散热效率,需提高高温气体在散热铜管内的分布均匀性。提出了一种评估散热器内气体分布均匀性的评价方法,利用CFD仿真软件对水冷中冷器进行了分析;通过在中冷器的进气室内加装导流板,对水冷中冷器结构进行了优化。结果表明,结构优化后的水冷中冷器,其散热器内的气体分布均匀性偏差从23%降低到了4.85%,提高了散热器的散热性能。

中冷器流热固耦合分析与试验研究

为实现中冷器流场、温度场及结构场的耦合分析,利用计算流体力学(CFD)与热应变测试方法,采用流热固耦合方式对中冷器流场、温度场及应力场进行耦合分析与试验,获得了中冷器流场结构、温度及应力分布情况,分析结果表明,该方法可有效预测中冷器流场和温度场。

低压EGR与水冷式中冷器冷凝对发动机性能影响的试验研究

外部冷却、低压EGR技术由于可降低泵气损失、抑制燃烧速率、降低爆震倾向和降低排气温度,对改善发动机燃油经济性和降低排放具有非常好的效果,是近年来发展比较迅速的节能减排技术,但EGR废气对压气机叶片的腐蚀是最大挑战。中冷器内部因EGR废气与冷却水之间存在温差,容易在中冷器翅片处产生冷凝水。当中冷后温度低于25℃时,发动机进气道口出现大量冷凝水并进入到气缸内,严重影响燃烧稳定性,发动机甚至出现排气温度升高、产生失火等现象。WCAC冷凝对发动机性能影响的试验结果表明,2缸出现大量冷凝水,COV(循环变动系数)波动较大;1缸与3缸只有少量冷凝水,COV波动较小。从安装在各缸的摄像头可以看到,2缸的冷凝水问题最严重,1缸与3缸情况较好。就冷凝水对压气机叶片产生腐蚀以及对发动机性能产生不利影响、减少冷凝出现的措施、涂层增加压气机叶片使用寿命进行了试验研究。

基于Profibus-DP的中冷控制器的设计研究

【目的】中冷控制器涵盖多种科学技术,具有一定的开发难度。【方法】课题组基于Profibus-DP总线接口,结合现代电子/电气设计方法和EMC工程设计实务,采用电路的模块化方法,设计了四种中冷控制器模块方案,从电机伺服驱动、温度测量、编码器脉冲计数、Profibus-DP总线四个方面分析了中冷控制器接口设计及算法,提出了部分硬件设计原理图以及温度控制算法及编程,并进行了发动机转速分别为1400 rpm、1800 rpm和2000 rpm时的涡轮增压后空气温升、压降、扭矩降实验。【结果】在不同运转工况下,发动机温升速度均不相同,功率越大、负荷越高,则温升速率越快;随着温度升高,涡轮增压的空气压力反而下降;随着涡轮增压后空气的温升,发动机扭矩下降。【结论】通过比较,选用总线桥产品,可以优化电子器件布局、布板布线,大大缩短课题开发时间,提高总线应用的稳定性与可靠性,对于短时间内工业级产品的设计与制造具有很好的应用价值。

某大缸径柴油机中冷器吊板强度可靠性分析

大缸径柴油机在船机、发电和工程机械领域有广泛应用。不同于小缸径柴油机,由于大缸径柴油机所需进气量较大,通常需要数个增压器增加进气量,同时,还需加配中冷器对发动机进气进行冷却。由于装配、维修过程中需要对中冷器进行起吊,因此对中冷器吊板强度的要求很高。基于有限单元法对某大缸径柴油机中冷器吊板进行结构仿真计算,从静强度和面压滑移两个方面进行校核,验证其强度、螺栓的可靠性。计算结果表明该中冷器吊板可以满足垂直吊装等工况的设计要求。

某型号商用车中冷器漏气问题与改善

某型号商用车中冷器出现了开裂、鼓包漏气问题。通过售后旧件解析、试验验证等方式对失效因素进行确认,最终锁定中冷器开裂、鼓包漏气的原因为中冷器气室主片R角偏小且应力集中、中冷器内部积水结冰、散热管与主片连接根部存在应力集中,因此提出中冷器气室内部增加加强筋及增大主片R角、底部增加放水阀、主片与散热管连接处增加翻边过渡台阶的改善措施。对策实施后改善效果明显,有效降低了中冷器开裂漏气故障率。

中冷后进气温度对重型柴油机NO_(X)排放性能的影响分析

中冷后进气温度是影响选择性催化还原(SCR)转化效率的重要因素。文章以一台某厂家重型柴油机为研究对象,在发动机台架测试系统上运行世界统一瞬态循环(WHTC)工况,通过全流稀释采样系统(CVS)检测排气中原机NO_(X)排放值以及SCR催化器后的NO_(X)排放值。结果表明,当排气温度为42~62℃时,提高中冷后进气温度能够有效提高增压中冷柴油机的排气温度,但也使得原始排气中的NO_(X)排放值增大;排气温度的提升使得SCR的转化效率得以提升,但由于原始排气中NO_(X)排放值的增大,SCR的转化效率呈现先增大后减少的趋势。

不同海拔地区下增压中冷柴油机的性能研究

采用微机化大气模拟测控系统对增压中冷柴油机运行在不同海拔地区下的性能进行了大量的专题试验研究,分析比较了不同海拔下的增压中冷柴油机负荷特性、速度特性、万有特性及排放特性的关系。试验结果表明:随着海拔高度的升高,大气压力减小,导致吸入气缸内的空气量减少,缸内吸气终了的温度和压力下降,从而使得增压中冷柴油机的动力性、经济性下降,等有效燃油消耗区明显变窄。

Maisotsenko燃气轮机循环技术经济分析与参数优化

Maisotsenko燃气轮机循环(MGTC)的能效需进一步提升且其经济适用性未被合理评估,为此,区别于具备后冷及回热过程的两级MGTC,充分考虑对于冷却水的重复使用和能量回收,构建另耦合有中冷过程的3级MGTC系统(IMGTC)布局。研究压比(R_c)、饱和器出口气流湿化程度(H_(ASD))以及燃烧室出口温度(T_(CO))对于热效率、饱和器载水量、当量二氧化碳排放(E_(EC))和平准化电力成本(C_(LOE))的影响。最后,基于ISIGHT平台对系统展开多目标优化并筛选出最佳参数组合。结果表明,IMGTC的中冷器及其能效增进能够调节并有效减少饱和器载水量,可实现IMGTC系统饱和器最低载水量仅为无中冷模式下饱和器载水量的57.55%。多目标优化表明,IMGTC在采用最佳参数组合时热效率达49.89%,E_(EC)和C_(LOE)分别仅为5.496 kg/s和0.059 5 USD/kWh。研究证实了IMGTC相比MGTC在热力学性能及经济性方面的显著优势。