汽油发动机开发中活塞温度场仿真与试验分析

在本次研究中,利用有限元方法对某定型活塞不同测点的温度进行了分析,并结合硬度塞法测量了活塞表面及销孔内侧的温度。结果显示,活塞表面温度场总体分布正常,且从活塞顶部向下呈现递减的趋势。在发动机试验全过程中,各项性能参数保持一致,未出现较大波动,说明试验能较好地反映实际工况,结果真实准确。利用有限元方法计算活塞各点温度具有高准确度,而硬度塞法进行活塞温度测量是安全、方便、可靠的,能有效反映活塞在发动机工况点工作时的温度。本文工作可为发动机开发过程中的燃烧数据定型和活塞设计定型提供依据,也为今后的活塞开发设计工作积累了经验。

4100QBZ 增压柴油机活塞机械负荷与热负荷耦合分析

针对4100QBZ废气涡轮增压柴油机活塞的机械负荷和热负荷问题,实测了标定功率工况下活塞表面19个特征点的温度和缸内燃烧压力,并结合有限元分析法分析了机械负荷与热负荷共同作用下活塞的耦合应力场与变形.研究结果表明,标定功率工况下,4100QBZ增压柴油机活塞头部表面工作温度最高达367℃,缸内最高燃烧压力11.9 MPa,其曲轴转角363.75°CA;在机械负荷和热负荷共同作用下,最大耦合应力125.7 MPa,出现在活塞销座与销接触面上以及销孔上方销座内侧;最大变形0.416 mm,出现在活塞头部主推力面上.

活塞环组结构参数对柴油机漏气量和机油消耗的影响

合理的活塞环组结构能有效改善内燃机整机性能。以某四缸高压共轨柴油机活塞组件为研究对象,结合实测的缸内压力及活塞与缸套工作温度场数据,建立了活塞组件动力学模型。重点研究了不同活塞环岸间隙、环槽间隙、活塞环开口间隙、活塞顶环径向弹力对缸内的机油消耗和漏气量的影响规律。运用Box-Behnken响应面法分析表明:顶环、二环开口间隙和顶环的径向弹力对漏气量的影响表现出了较为明显的线性关系,油环开口间隙对漏气量的影响较小,顶环对气体的密封能力强于二环。漏气量和二环岸压力均随着环岸间隙的增大而增大,顶环上下表面压力差的增大使得经过活塞环开口处的窜油量在环岸间隙为0.95 mm时最大。环槽深度及顶环上侧间隙的变化对漏气量无明显影响。在保证活塞环组性能的同时,适当减小环岸间隙与开口间隙、增加径向弹力,可有效降低漏气量与机油消耗。

活塞结构参数对柴油机活塞传热与温度场的影响分析

为了降低活塞热负荷,降低活塞热疲劳失效概率,以一款高压共轨柴油机活塞作为研究对象,结合活塞温度试验测试,建立了活塞传热仿真分析模型,采用单因素扫值法和正交试验分析了活塞销座长度、活塞销孔直径、第一环岸厚度以及回油孔距离4个结构参数对活塞温度场分布的影响。研究发现,活塞结构对活塞传热与温度场分布有一定的影响,第一环岸厚度对活塞传热与温度场的影响最大。活塞的最高温度随着第一环岸厚度增加而升高,最多升高13.8℃。第一环槽的温度随着第一环岸厚度增加而降低,最多降低16℃。销座和回油孔结构对活塞温度场影响较小。最优方案是销座长度72.5 mm、销孔直径35 mm、火力岸厚度8 mm、回油孔相距53 mm的活塞,可以使活塞最高温度降低至374.3℃。为优化活塞传热提供参考。

柴油机活塞的温度场、热变形与应力三维有限元分析

本文应用 MARC有限元分析软件 ,采用三维有限元法计算大功率柴油机活塞在热载荷作用下的温度场和换热情况 ,并在此基础上分析活塞的热变形及热应力场 ,确定活塞失效的主要位置 ,从而为改进设计提供参考。

高速柴油机活塞温度试验与热力耦合仿真

为改善现代高速、高强化柴油机活塞热负荷高的难题,以算例柴油机实测活塞温度为依据,利用温度拟合法模拟计算得出的温度场与实测结果吻合良好。以活塞、活塞销、连杆和气缸套作为耦合系统,在考虑各组件接触关系的基础上,将计算得出的活塞温度场作为温度载荷与标定工况下的燃烧压力、惯性力等机械载荷进行热力耦合计算,求得活塞在热力耦合作用下位移场分布情况。根据计算结果,对活塞结构做适当改进并进行模拟计算。研究结果表明:改进后活塞最高温度降低26℃,验证了结构改进的合理性,有效降低了高速柴油机活塞的热负荷。

增压柴油机活塞内冷油道对热负荷影响的研究

针对某增压柴油机,使用有限元法研究了内冷油道对活塞温度分布、应力分布和变形分布的影响。为保证边界条件的合理性,通过计算流体力学(CFD)软件模拟计算得到内冷油道的边界条件。采用硬度塞法实测活塞若干点的温度值,验证了模拟计算结果的合理性。有限元计算结果表明:在活塞上加开内冷油道可以使其顶部温度降低约43℃;合理的内冷油道位置可以有效降低局部的高温和应力,当活塞内冷油道位置轴向移动5mm时对活塞顶部温度影响最大,可使其温度变化幅度达10℃左右,最大应力值增加7~11MPa。内冷油道位置的改变主要影响各部分变形的大小,对其分布规律影响不大。

柴油机活塞顶面热状态变化规律试验研究

为了探究活塞顶面热状态变化规律,以某型增压中冷柴油机为试验对象,采用薄膜热电偶测温法和引线式传输系统对发动机过渡工况下活塞顶面测点瞬态温度场变化规律进行了试验测试研究,并对试验数据计算得到标定功率工况点和最大转矩工况点活塞顶面不同位置测点温度值。研究结果表明:在过渡工况下活塞温度场发生剧烈变化,其中冷启动过程活塞温度变化幅度最大,达到180 ℃;其次是急加速过程活塞温度变化幅度达到140 ℃。急减速工况下活塞各测点温度先迅速升高,约20 s时达到最大值,4个测点A、B、C、D分别为346、341、314、343 ℃,然后温度缓慢降低,约60 s后趋于稳定。在标定功率工况点,活塞顶面最高稳定温度为331 ℃,顶面各测点温差31 ℃;在最大转矩工况点,活塞顶面最高稳定温度为336 ℃,顶面各测点温差29 ℃。

活塞内冷油腔的振荡传热特性及位置的研究

以一款非道路用高压共轨柴油机铝合金活塞为研究对象,在试验测试的基础上建立了活塞-内冷油腔耦合传热数值仿真模型,研究了发动机循环过程中内冷油腔的振荡传热特性,分析了内冷油腔位置对活塞温度场和热应力场的影响规律。研究结果表明:在发动机循环过程中,内冷油腔壁面换热系数随油腔中机油分布规律周期性变化;内冷油腔靠近活塞顶面和环槽底面时,能显著降低活塞最高温度及一环槽温度,内冷油腔设计时应在结构强度允许范围内,尽量靠近活塞顶面和环槽底面;内冷油腔过于靠近活塞壁面时,活塞第三环槽及内腔顶面区域出现较大的局部热应力。

柴油机活塞热负荷的试验研究及其有限元分析

用硬度塞法测量了YZ4105QF柴油机活塞的温度场,利用Pro/E软件建立了活塞的几何模型,借助有限元分析软件Hypermesh和ANSYS对其进行了温度场分析计算,计算结果为活塞的结构改进和优化提供了依据。

活塞燃烧室形状对柴油机温度场的影响

基于UG和ANSYS软件对某型柴油机燃烧室与2种设计方案即加入限流环、直喷式涡流燃烧室,建立活塞的三维模型并进行温度场的分析。2个设计方案相对原机的表面温度都有较大的提高,其中加入限流环模型的表面温度达到370℃,涡流式燃烧室的表面温度为354℃。它们都有利于提高燃油利用率和燃烧效率,为燃烧室的形状优化提供了依据。

基于Sehitoglu理论的汽油机缸盖低周疲劳研究

采用基于Sehitoglu理论的数值模拟方法对某小型强化汽油机缸盖的低周疲劳(LCF)问题进行了研究。利用流固耦合方法获得了缸盖温度场,计算了其在温度循环波动状态下的结构应力应变,根据弹塑性有限元分析结果计算缸盖LCF寿命。研究结果表明,危险点机械和氧化损伤率分别为96.47%和3.42%,疲劳寿命结果为7 480次循环,此方法综合考虑了机械、氧化和蠕变损伤对疲劳寿命的影响,能够较为全面地预测缸盖LCF寿命。发动机顺利通过样机可靠性试验,证明了上述方法的有效性。

发动机不同工况下三效催化器的温度场和转化效率试验

在发动机台架上,通过研究在发动机不同工况下催化器内部温度场的分布及由此得到的载体平均温度对转化效率的影响,揭示了催化器的工作机理,并得到如下结论:在催化器工作时,内部由于存在化学反应放热、热质输运等,造成载体内部不同部位存在温差,最大可达82℃;由于决定整个催化进程的因素不同,催化器的转化效率随不同的载体平均温度的变化趋势也显著不同,这些均为催化器的设计及其与发动机的有效匹配提供了试验依据。

基于有限元的发动机受热零件温度场分析

针对490柴油机燃烧室改型后各受热零件热负荷上升的问题,采用有限元方法对其进行温度场的计算分析.在应用VB高级计算机语言编程计算气缸内气体瞬时温度和瞬时放热系数作为有限元热分析边界条件的基础上,用UG软件对活塞、缸盖及缸套进行三维建模,并导入有限元软件ANSYS进行网格划分.在ANSYS软件中采用热分析单元对各零件的温度场进行了模拟计算.结果表明:该机活塞的最高温度出现在受燃气影响最大的燃烧室喉口位置,活塞整体温度分布沿轴线向下逐渐降低,第1道环槽处温度值偏高易出现热故障,在优化设计中应采取冷却或隔热措施;缸盖底板火力面的最高温度出现在受进排气影响最大而冷却困难的鼻梁区;缸套温度沿轴线方向从上往下逐渐降低.

高速大功率柴油机活塞可靠性研究

在高速大功率柴油机研制过程中,通过对整体重力铸造活塞内冷油道、型线与配缸间隙、环槽等细节结构的优化设计、混杂增强铝基复合材料的应用、热机耦合计算分析以及试验验证等4个方面的技术研究,解决了活塞结构可靠性问题,分别通过了部件、台架耐久性考核、道路以及整车环境适应性等试验验证,同时指出了铝合金活塞进一步强化的研究方向。

基于Abaqus的汽油发动机排气门温度场模拟分析和试验

对某4缸汽油发动机排气门进行建模和计算.采用2种建模方法分析气门的温度场分布,并与试验测温结果进行对比.结果表明:建模时考虑缸盖、阀座、导管与气门的接触导热能非常准确地模拟气门温度分布;传统的采用第三类边界条件的换热计算方式模拟分析得到的结果与试验测温结果误差较大.根据标定好的仿真模型,更改导管材料,可达到气门温度降低19.3℃的效果.

高强化柴油机组合活塞温度场的三维数值模拟

在对PA6—280柴油机的钢顶铝裙组合式活塞的热负荷状况进行分析的基础上,建立了该型活塞的三维热分析模型,并借助于强大的有限元分析软件ANSYS5 5计算分析了活塞的热负荷,得到了与测量结果相吻合的三维温度场。数值结果为进一步进行柴油机活塞的结构改进和优化设计提供了依据。

点火参数对煤油活塞发动机燃烧影响的数值模拟

为了了解点火参数对某2冲程航空活塞煤油发动机燃烧及温度场的影响,利用GT-Power和Fire软件对该发动机整机及燃烧室分别建立了仿真模型,选取扭矩、功率以及缸压数据验证了该模型的正确性,并对发动机在6000 r/min、全负荷工况下的燃烧和温度场分布等特性进行分析。结果表明:当点火时刻由335°CA变化至331°CA时,缸内混合气燃烧放热量增多,放热率峰值增大,放热率峰值对应曲轴转角的提前量变大,燃烧放热速率加快,混合气温度和压力上升变快,高温区范围增大;当点火能量由28.02 m J增加至46.73 m J时,双火花塞附近的温度升高,火花塞点火产生的火核尺寸增大,缸内燃烧温度与压力升高,燃烧放热速率加快,缸内高温区分布范围增大。

考虑非稳态传热的高速汽油机主轴承润滑分析

针对一款高速汽油机主轴承内部润滑与摩擦磨损问题,考虑到轴承承载不均导致的轴瓦与润滑油非稳态传热,基于弹性流体动力润滑(EHD)和轴承动力学理论方法,通过迭代计算,得出该高速汽油机具有代表性的第三主轴承在最大转速(9 500r/min)时轴承内部精确的温度场与热变形,并以此为轴承新的几何轮廓边界条件分析轴承的实际润滑情况。结果表明,与未考虑轴瓦温度场及热变形相比,轴承润滑状态明显恶化,具体表现为轴承最小油膜厚度减小、最大油膜压力增大,且出现较严重的磨损。最后通过发动机台架试验测得轴承的实际工作情况,并与计算结果进行对比,计算结果与实际摩擦磨损情况吻合,验证了所用方法和所得研究结论的正确性。

松散煤体温度场试验研究

为了掌握存在高温热源时的松散煤体温度场分布规律,针对难以直接在井下采空区进行试验研究的情况,在地面建立试验煤堆进行松散煤体温度场试验。根据试验数据分析了存在高温热源时的松散煤体温度场分布和变化情况。结果表明:松散煤体温度场分布与热源强度、时间、距离、水分与漏风等多种因素相关,其中受热源强度的影响较为明显;松散煤体中随距热源的距离增大温度呈负指数曲线分布,且衰减较快;松散煤体中距煤壁表面较近的位置受外界环境的影响,温度波动较大,内部达到一定深度(>0.3 m)的测点即可消除由此带来的影响;位于热源上方的测点较在热源同一水平面上的测点温升更快;煤体中含有水分时,水分热湿迁移过程的存在会对松散煤体中部分位置的温升过程造成一定的影响。