文档介绍：华中科技大学
博士学位论文
活塞组-润滑油膜-气缸套耦合系统三维瞬态传热模拟
姓名:杨万里
申请学位级别:博士
专业:动力机械及工程
指导教师:陈国华
20030901
￥摘要浆廷产’砺床更高的要求,新技术如新的燃烧系统、增压、低热损、高强化技术、现代电子技术的应用以及代用燃料的使用已经成为提高发动机综合性能指标的重要途径,上述新技术的采用导致发动机的热负荷的增加。因此,发动机热负荷成为发展现代发动机技术的关键之一,发动机燃烧室零件的传热以及热负荷研究比以往显得更加重要。发动机燃烧室零件的传热研究主要分为三个部分,即燃烧室零件稳态传热、周期性瞬态传热以及过渡工况瞬态传热研究。燃烧室零件传热的分析方法包括了解析、数值以及实验分析法等。解析法只能用于形状以及边界条件都很简单的零件,实验方法也只能在实机上进行,这两种方法在发动机热负荷研究方面都存在很大的局限性。数值求解方法特别是有限元法,由于其单元的多样性,从而能很好的模拟求解问题的物理边界和边界条件,同时,根据问题的求解类型和精度,可以生成任意精细和粗糙的网格模型,因而被广泛用于现代发动机燃烧室零件的传热与热负荷数值分析中。传统的分析方法一般只进行燃烧室单个零件的传热分析,但是,由于燃烧室零件之间存在复杂的传热联系,这种联系在单件分析中不能得到体现。随着计算机技术的发展,完全有必要建立能够体现这种联系的零件系统传热模型。因此,本文将基于“系统”和“三维”的观念建立活塞组一润滑油膜一气缸套系统三维瞬态传热模型,并基于“耦合”概念进行上述系统传热有限元模型研究和相应程序的丌发。文中,采用有限元技术,建立了活塞组一润滑油膜一气缸套之间的耦合传热联系,并推导出基于润滑油膜为一维热阻的活塞组一润滑油膜一气缸套系统三维周期性瞬态传热和过渡工况瞬态传热的有限元模型。在上述模型的基础上,开发了发动机燃烧室活塞组一润值分析模型和程序的实现过程中,进行了大型模型的压缩、求解速度以及耦合传热问题解本文以汽油机为例,建立了汽油机移动活塞组一润滑油膜一气缸套耦合系统三维传热实体模型,完成了耦合系统的三维有限元网格生成。通过在活塞组顶部建立局部子区细化单元模型缩小了周期性瞬态传热问题的求解规模,并通过在活塞组与气缸套接触表面划分规则化网格分别建立了耦合系统周期性瞬态传热以及过渡工况瞬态传热随时间变化的复杂运动边界条件。采用所开发的程序,进行了汽油机耦合系统三维周期性瞬态传热和过渡工况瞬态传热的分析,得到了合理的模拟结果。随着不可再生能源的日益枯竭以及环保法规的日益严格,对发动机的综合性能提出了滑油膜一气缸套耦合系统三维周期性瞬态传热和过渡工况瞬态传热有限元分析程序。在数藕的研究。荩ú‘
为了验证文中提出的耦合系统传热模型及开发程序的正确性,对汽油机进行了过渡工况瞬态温度测试实验,通过测试点上模拟结果与实测结果的比较,验证了上述三维传热模型及程序的正确性。发动机传热全仿真是一个考虑到缸内气体流动、燃烧以及耦合系统传热的复杂模型,本课题发展的发动机燃烧室活塞组一润滑油膜一气缸套耦合系统三维周期性瞬态传热和过渡工况瞬态传热模型和程序,完成了发动机传热全仿真研究中固体传热部分的研究,同时,该三维系统模型的研究也为发动机的虚拟设计打下了重要的基础,模拟得到的汽油机周期性瞬态以及过渡工况瞬态温度场,对该型汽油机的强化研究具有重要的指导意义。关键词:发动机忌帐荫詈舷低常一龋凰蔡
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髀课题背景及意义越重要的作用㈣7⒍拇裙袒旧习ㄒ韵滤母龇矫娴哪谌荩汗ぶ视肴忌本章主要说明《活塞组一润滑油膜一气缸套耦合系统三维瞬态传热模拟》课题之处,同时,简要地介绍了该研究领域未来发展的趋势。在最后,简要介绍了本课发动机将燃料燃烧释放出的热能转化为驱动热机的机械能。自这期间,发动机经过不断的改进和发展,已经成为了热效率最高、功率密度大、工作可靠、集成了现代高科技的产品。虽然发动机排气中的有害物质以及噪声会严重污染环境,并危及人类的身体健康,但是,到目前为止,发动机仍然一直是最重要的动力源。因此,发动机的研究是一个关系到人类资源可持续性利用、环境保护以及健康生存的重要课题。提高燃油经济性、降低排放和噪声以及降低发动机设计制造成本是发动机研究领域中最具挑战性的研究内容,但是,不管是发动机结构分析领域还是性能分析领域,都与发动机传热及热负荷存在重要的关系,特别是发动机燃烧室零件的传热以及热负荷,是发动机开发成败的关键之一。在发动机运行过程中,涉及到复杂的传热和传质问题,特别是在现代发动机的设计中,由于发动机热负荷的不断增加,传热过程的研究在发动机研发中起着越来室燃气侧壁面之间的对流和辐射换热:燃烧室零件之间的传热过程;燃烧室单个零