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《浙江大学》 2006年
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内燃机流固耦合传热问题数值仿真与应用研究

李迎  
【摘要】:内燃机受热零部件的传热和热状态研究是内燃机热疲劳可靠性和热平衡研究的基础。随着现代计算技术的发展,基于控制容积法的有限元方法已经可以实现流体与固体的耦合传热与流动数值仿真。本文在分析发动机主要受热零件传热仿真研究特点的基础上,建立了内燃机活塞组—缸套—冷却水—机体流固耦合系统。耦合系统包括了固体与固体之间的耦合传热,也包括了流体和固体之间的耦合传热与流动。将原来单个零件传热仿真时的外边界条件变为内边界,由有限元软件进行内部处理,使传热仿真变得更合理更简单。应用所建立的耦合系统,对算例柴油机稳态工况下的耦合传热、周期性瞬态传热以及冷启动、外特性和负荷特性变工况时的瞬态传热与流动进行了数值仿真。在此基础之上,与内燃机工作过程程序结合,对算例柴油机的整机热平衡进行了仿真,并与实验结果做了对比分析。 本文的主要工作内容可以概括为以下几个部分: 1) 通过对内燃机主要受热零件传热特性的分析,针对干缸套和湿缸套不同的流动与传热耦合特点,建立了两种机型的活塞组—缸套—冷却水—机体流固耦合传热模型。以两种机型的耦合系统作为算例,对其额定工况和最大转矩工况下的稳态传热与流动进行了数值仿真计算。与额定工况下活塞和缸套温度场实验测量结果比较,数值仿真和实验结果误差较小,验证了所建立仿真模型的合理性。 2) 针对内燃机传热问题的高频周期性,分析了缸内燃气热状态在一个循环内的剧烈变化和活塞的往复运动特性,建立了活塞—缸套动接触传热模型。并进行了活塞组—缸套—冷却水—机体耦合系统的周期性瞬态传热仿真计算,得到了耦合传热条件下,燃烧室主要零部件表层高周热负荷的基本分布规律,并分析了缸内工作的周期性对耦合传热系统的整体影响。 3) 对干缸套算例柴油机的冷启动工况、外特性和额定转速下的负荷特性等变工况的耦合系统瞬态传热与流动进行了仿真计算。得到了耦合系统的温度场和流场在发动机工况变动时随时间变化的发展规律。该规律性对于制定合理的热管理策略提供了依据。 4) 在活塞组—缸套—冷却水—机体耦合系统传热仿真结果基础之上,在原有的内燃机工作过程计算程序中增加了热平衡计算模块,对算例柴油机沿外特性和额定转速下的负荷特性运行时的整机热平衡状态进行了模拟计算,并与实机实验结果进行了对比分析。结果表明,使用流固耦合传热方法计算内燃机热平衡是可行的,结果与实机测量结果非常接近。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:TK401

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【引证文献】
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9 郭世永;张兰江;;基于MATLAB汽车电动座椅水平自动调节控制的仿真与分析[A];2005年中国机械工程学会年会论文集[C];2005年
10 谷慧思;向立明;毕芸;宿新红;;小型发动机使用油焦浆的实验[A];2010重庆汽车工程学会年会论文专辑[C];2010年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 杨纯;挑战内燃机能量利用和排放极限[N];科技日报;2007年
2 本报记者 杨纯;谢辉:创新知识比学知识更快乐[N];科技日报;2007年
3 本报记者 杨纯;从条件到规模,这里都堪称一流[N];科技日报;2007年
4 记者 常姗姗 通讯员 李丹 张新生;天津大学一项科技成果获“973项目”3000万元资助[N];科技日报;2001年
5 本报记者 赵三明;产品研发不光是做出样机[N];中国工业报;2005年
6 记者  葛秋芳;以色列研究利用水产生氢驱动汽车[N];经济参考报;2006年
7 戴金勇孙志峰;技术,在压力下突破[N];中国工业报;2008年
8 本报记者 崔菲;内燃机行业未来十年的发展重点[N];中国工业报;2010年
9 本报记者 盛春莉 实习生 朱冰倩 杨勇;老骥伏枥 志在千里[N];宁波日报;2006年
10 葛秋芳;用水产生氢驱动汽车[N];新华每日电讯;2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 韦静思;内燃机燃烧过程中热声耦合机理的研究[D];天津大学;2010年
2 刘志恩;内燃机燃烧室多体耦合系统三维瞬态传热模拟及应用研究[D];华中科技大学;2007年
3 孙俊;内燃机燃烧模拟理论与应用研究[D];武汉理工大学;2008年
4 梁桂华;柴油机缸内流场的PIV技术应用研究及数值模拟[D];大连理工大学;2009年
5 张庆峰;汽油燃料替代混合物均质压燃反应动力学基础研究[D];重庆大学;2011年
6 刘海峰;均质压燃非均匀性及生物燃料低温燃烧光学诊断试验研究[D];天津大学;2011年
7 刘戈;基于代表性互动小火焰(RIF)模型的内燃机喷雾燃烧大涡模拟研究[D];大连理工大学;2012年
8 郑旭;车辆与内燃机振声信号盲分离及噪声源识别的研究[D];浙江大学;2012年
9 张焕宇;基于多物理场耦合的柴油机仿真模型研究与声学性能优化设计[D];浙江大学;2013年
10 马维忍;基于虚拟样机技术的高速柴油机轴系振动机理研究[D];天津大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 方学飞;内燃机气道稳流试验测试方法的研究[D];河北工业大学;2011年
2 彭艳莹;基于粒子系统的内燃机燃烧可视化研究[D];浙江大学;2003年
3 卢丰翥;基于虚拟仪器开发的内燃机燃烧分析系统对混合燃料燃烧特性的研究[D];广西大学;2013年
4 赵强;共轨电控供氢浓度对内燃机燃烧特性的影响研究[D];宁波大学;2011年
5 庞阔;均匀试验设计在内燃机燃烧优化试验中的应用[D];天津大学;2012年
6 戴建营;内燃机工作过程数值模拟[D];西华大学;2007年
7 冯帅;重油缸内直喷内燃机燃烧数值模拟研究[D];南京航空航天大学;2012年
8 赵宏国;内燃机燃烧室部件耦合传热仿真研究[D];大连理工大学;2007年
9 杨燕燕;内燃机流动核沸腾冷却传热及其分析[D];吉林大学;2011年
10 李自有;基于虚拟仪器技术的内燃机燃烧分析系统开发[D];西南交通大学;2007年
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