振荡冷却活塞温度场及热机耦合分析

为分析内冷油腔对活塞的降温效果,对振荡冷却活塞在热负荷、机械负荷及热机耦合作用下的温度场及应力应变分布规律进行研究。采用VOF(volume of fluid)多相流模型、动网格技术等对活塞内冷油腔内机油的振荡传热过程进行Fluent数值模拟,得到内冷油腔各壁面换热系数;将结果映射到活塞固体表面,对活塞分别加载热负荷、机械负荷以及热机耦合作用,对比分析活塞在内冷油腔冷却前后的温度场变化,得到其热应力、机械应力以及耦合应力的变化规律。结果表明,采用内冷油腔进行冷却后,活塞各区域温度均有不同程度下降,其中活塞最高温度下降7.5%;活塞受热机耦合作用下的最大应力小于两者单独作用的结果之和;进行油腔振荡冷却后,活塞的热应力和耦合应力也有不同程度降低。所得到的活塞在内冷油腔冷却前后的应力分布规律,可为活塞内冷油腔的优化设计提供理论参考。

活塞双射流入口内冷油腔振荡换热特性研究

为研究活塞双射流入口内冷油腔在活塞往复运动时机油的振荡流动情况和换热效果,基于CFD软件采用动网格研究了双射流入口油腔在瞬态运动条件下冷却机油在油腔内的分布规律和油腔壁面的换热情况,并与相同边界下单射流入口油腔的机油分布和油腔换热能力进行了对比。分析表明,相较单射流入口油腔,双射流入口油腔的机油填充率提升11.5%,平均传热系数提升13.3%,并且机油和壁面传热系数在油腔周向的分布也更均匀。最后将振荡冷却计算的结果映射至活塞温度场边界,分析开设两种油腔的活塞温度场,结果表明,开设双射流入口油腔的活塞顶部温度整体较低,最高温度降低了7℃,顶面副推力侧温度降低明显。

内冷油腔对高强化内燃机活塞2阶运动的影响

采用硬度塞测量活塞表面温度,借助有限元分析获得活塞的温度场和变形量,并进一步采用动力学软件研究内冷油腔冷却和内腔喷油冷却对活塞在缸内2阶运动和受力的影响。结果表明,与内腔喷油冷却相比,采用内冷油腔冷却时活塞的温度梯度和热变形量减小,摆角和横向位移幅值增大,由此引起的活塞与缸套之间的峰值作用力减小,活塞的热负荷降低,预期的疲劳寿命延长;同时,摩擦、磨损、侧向力和裙部压力等也明显改善。

振荡油腔位置对柴油机活塞温度场的影响

针对某柴油机活塞在工况下第一环槽温度过高,导致润滑油结胶的问题,提出了降低热负荷的改进方案,探讨了由活塞振荡冷却油腔上移对活塞温度场带来影响,通过对比振荡冷却油腔上移1～4 mm活塞温度场、应力场的变化,分析了采用改变振荡油腔位置来降低活塞第一环槽热负荷方法的可行性,提出了在使用提升振荡冷却油腔的方法来降低活塞热负荷时,对油腔提升高度的控制范围。

高强化活塞内冷油腔振荡传热特性的场协同分析

为研究高强化活塞内冷油腔振荡强化传热机理,应用场协同理论对活塞内冷油腔中机油的振荡流动与传热过程进行分析。采用CFD软件Fluent模拟椭圆形油腔和水滴形油腔内机油的速度场、温度场的分布,得到2种结构油腔的平均场协同数和协同角余弦值在不同工况下的变化规律。结果表明,场协同理论能够很好地解释活塞内冷油腔的振荡强化传热性能,水滴形油腔内、外壁面处的协同角要小于椭圆形油腔,平均场协同数和协同角余弦值都大于椭圆形油腔,说明水滴形油腔的协同程度更好,其强化传热效果也更佳。采用场协同理论可以满足活塞内冷油腔的结构优化设计,为提高活塞内冷油腔的强化传热能力提供了理论参考。

汽油机活塞内冷油腔振荡冷却特性的仿真研究

为研究汽油机活塞内冷油腔在高转速下的振荡冷却效果,搭建了计算流体力学仿真模型,模拟研究了额定转速下内冷油腔的机油瞬态分布、壁面换热系数和换热速率,分析了机油喷射速度、喷孔直径、机油温度等喷射参数的影响,并采用Box-Behnken组合设计,以换热速率最大化为目标优化了喷射参数。结果表明,换热速率除了受喷射速度和机油温度的交互作用影响外,还与腔内充油率决定的机油振荡状况有关,并可与喷孔直径拟合成抛物线关系。

闭式内冷油腔体积对活塞冷却的影响

采用动网格技术和SSTκ-ω两相湍流模型,对内冷油腔的传热进行了数值计算,分析了不同体积内冷油腔机油的面积覆盖率和对流传热系数的变化规律。提取内冷油腔壁面的传热系数,对活塞温度场进行有限元模拟计算。结果表明,随着内冷油腔体积的增大,面积覆盖率和传热系数随之增大;内冷油腔体积对内冷油腔的温度有一定影响,而对活塞表面温度影响不大;在结构允许的范围内,内冷油腔的体积应尽可能大。

镶圈内冷一体活塞的数值研究

为了研究镶圈和内冷油腔对活塞可靠性的影响,对同一型号、不同结构的带镶圈活塞进行模拟计算分析。首先对标定工况下的镶圈活塞进行硬度塞测温试验,作为温度场模拟计算的约束条件;然后考虑温度、燃烧压力、惯性力等因素影响进行热机耦合计算,得到活塞关键位置的变形、应力等结果;最后,使用疲劳分析软件计算活塞的高周疲劳。通过对比发现,镶圈内冷一体活塞一环槽根部温度分别比镶圈活塞和镶圈内冷活塞低6.5%,16%,其热应力分别降低了33%,15%,机械应力分别降低了31%,11%。结果表明,镶圈内冷一体结构的应用,有效避免了应力集中现象,既可以有效降低活塞头部热负荷和机械负荷,同时也能增强环槽的耐磨性,延长环槽下侧面的寿命。

电子束焊活塞顶圈毛坯质量的超声波检测

电子束焊活塞顶圈毛坯对无损检测技术提出了多方面的要求。研究及实际应用表明：采用超声波五探头水浸检测法，可对活塞顶圈毛坯内冷油道位置、镶环结合质量及薄弱区域的铸造缺陷进行全面检测，从而保证顶圈毛坯质量。

壁面改性强化活塞油腔换热的模拟试验

为满足大缸径发动机活塞的冷却需要,必须采用冷却油腔进行强制冷却;但随着发动机强度的不断提升,活塞冷却油腔的换热已无法满足低速船用柴油机高强化程度发展的需求.为提升往复运动活塞冷却油腔的换热能力,从壁面改性角度着手,在不改变任何活塞结构前提条件下,将微纳米结构用于冷却油腔表面.利用往复振荡换热模拟试验研究其强化传热的效果,结果表明:试验往复振荡冲击换热的最佳换热充液率为50%,既可保证液体对壁面的冲击速度,也可使上壁面形成有效的液膜覆盖;随着转速的增加,会增大液体与气体在腔内的混合程度,在一定范围内能强化内冷油腔的换热;采用微结构超亲表面后,强化换热效果最大.

适应欧III要求的柴油机活塞结构设计

本文从活塞燃烧室、环槽、外圆型线、销孔形状、内冷油腔形状等方面介绍了满足欧III柴油机排放要求的活塞结构特点。

活塞内冷油腔位置对燃烧室强度影响的研究

通过调整活塞内冷油腔与活塞燃烧室部位的距离,研究内冷油腔位置对活塞表面温度分布、应力分布及疲劳系数的影响。研究表明:活塞内冷油腔位置影响活塞的温度分布和应力分布,内冷油腔与燃烧室距离越近,对燃烧室冷却效果越好,燃烧室温度越低,但相应地,燃烧室传入内冷油腔的热量越多,内冷油腔的温度越高;内冷油腔与燃烧室距离越近,燃烧室应力越大,疲劳系数越小,结构强度越低;反之,燃烧室应力越小,疲劳系数越大,结构强度越好。

内冷油腔结构对锻钢活塞换热的影响

为了探索内冷油腔结构改变对锻钢活塞冷却效果和结构可靠性影响的规律,利用ANSYS对锻钢活塞的温度场和应力场进行仿真计算。通过改变内冷油腔的轴向尺寸和径向尺寸,改变内冷油腔的轴径比和体积,进而研究内冷油腔变化对冷却效果产生的影响。研究结果表明:内冷油腔径向变化对活塞头部温度影响不大,对内冷油腔有一定的降温效果;内冷油腔轴向变化对活塞头部冷却效果的影响比较明显。

盐芯活塞的铸造工艺

本文介绍了通过烧结法制造盐芯的工艺,以及利用盐芯在铸造过程中形成冷却油道的生产工艺。

某1.5L汽油机润滑系统的模拟及优化

在发动机开发初期,通过Flowmaster软件建立了某款1.5L汽油机润滑系统的一维仿真模型,选取转速为750~5 500 r/min内的7种不同工况,得到了主油道、缸盖油道、轴承端（曲轴＋连杆大头）、活塞冷却喷嘴端等的压力和流量分布曲线。初步分析表明,发动机主油道压力不足,不能满足发动机润滑需求。同时,活塞冷却喷嘴的流量略超出需求。采用更换新型油泵,活塞冷却喷嘴的喷嘴直径减小0.4 mm的方案进行润滑分析,得到了较满意的优化结果。

机油进出口管径对柴油机活塞振荡冷却效果的影响

基于计算流体力学(CFD)方法和VOF多相流模型,结合相对位移法和动边界条件,建立了柴油机活塞内冷油腔多相流振荡传热的数学仿真模型,研究了机油进出口管道直径对冷却油腔中机油流动与换热特性的影响规律。结果表明,随着进出口管径的增大,冷却油腔内瞬时机油填充率降低,冷却油腔壁面的对流换热系数呈增加的趋势;结合不同工况下仿真计算结果可知,当进出口管径取8 mm时,对应活塞内冷油腔的综合换热效果最佳。

内燃机活塞内冷油腔振荡冷却特性的模拟研究

利用CLSVOF方法和ALE动网格技术,开展内燃机活塞内冷油腔振荡冷却特性的模拟研究。采用响应面分析方法,研究了结构参数与机油填充率对内冷油腔壁面平均温度的影响规律,并结合多目标遗传优化算法获得了最优的结构参数和机油填充率方案。计算结果表明,随着内冷油腔高度增加,壁面平均温度逐渐降低;随着油腔上壁面宽度增加,壁面平均温度先降低后升高;机油填充率对油腔壁面温度影响的贡献率大于油腔结构;最优方案的壁面平均温度CFD计算值比原机降低8℃,与多目标遗传优化的预测结果误差小于1%。