內(nèi)燃機(jī)燃燒室多體耦合系統(tǒng)三維瞬態(tài)傳熱模擬及應(yīng)用研究.pdf

1、本文發(fā)展了一種內(nèi)燃機(jī)燃燒室多個(gè)零部件間耦合傳熱的三維數(shù)值分析模型，該模型考慮了活塞組-氣缸套耦合系統(tǒng)的周期性瞬態(tài)傳熱過(guò)程，以及活塞組-氣缸套/氣缸體-氣缸墊-氣缸蓋-進(jìn)排氣門(mén)耦合系統(tǒng)的周期性瞬態(tài)傳熱過(guò)程。并開(kāi)發(fā)了內(nèi)燃機(jī)燃燒室多體耦合系統(tǒng)瞬態(tài)傳熱數(shù)值模擬軟件，為內(nèi)燃機(jī)的整機(jī)系統(tǒng)傳熱，熱平衡及熱負(fù)荷研究提供了一個(gè)重要的分析工具。在燃燒室多體耦合系統(tǒng)三維瞬態(tài)傳熱模型的建立過(guò)程中，完成了數(shù)學(xué)公式的推導(dǎo)、物理模型的分析、有限元模型的建立、計(jì)算程序

2、的開(kāi)發(fā)、模擬結(jié)果的研究和模型的驗(yàn)證六個(gè)方面的內(nèi)容。
　　 ⑴建立了活塞組-氣缸套三維耦合系統(tǒng)瞬態(tài)傳熱模型。通過(guò)將潤(rùn)滑油膜假設(shè)成一維熱阻，使用完全耦合的分析方法，建立了該運(yùn)動(dòng)零部件間相互傳熱的有限元模型。在該模型中，考慮了活塞環(huán)組摩擦熱的影響。采用三維流體動(dòng)壓潤(rùn)滑分析程序計(jì)算了沿活塞環(huán)周向瞬時(shí)變化的油膜厚度和摩擦熱，實(shí)現(xiàn)了對(duì)該耦合傳熱過(guò)程更加精確的模擬。通過(guò)對(duì)活塞環(huán)組、活塞、氣缸套、氣缸體分別進(jìn)行有限元網(wǎng)格離散，來(lái)反映不同材料屬性

3、對(duì)溫度分布的影響。計(jì)算的結(jié)果還獲得了活塞環(huán)、活塞的瞬時(shí)溫度波。
　　 ⑵在活塞組-氣缸套三維耦合系統(tǒng)瞬態(tài)傳熱模型的基礎(chǔ)上，建立了燃燒室多體耦合系統(tǒng)的瞬態(tài)傳熱模型。該模型包含了活塞組、氣缸套/氣缸體、氣缸墊、氣缸蓋、進(jìn)排氣門(mén)等燃燒室主要零部件，通過(guò)使用兩種不同的耦合傳熱模型：運(yùn)動(dòng)零部件間的油膜導(dǎo)熱模型和靜止零部件間的固體接觸導(dǎo)熱模型，以及完全耦合的有限元分析方法，建立了這些零部件間的相互傳熱關(guān)系。計(jì)算獲得了傳統(tǒng)研究方法無(wú)法獲得的進(jìn)

4、排氣門(mén)的瞬時(shí)溫度分布，揭示了氣門(mén)與氣門(mén)座接觸傳熱的過(guò)程，同時(shí)也對(duì)傳統(tǒng)研究中研究較少的氣缸墊的傳熱作用進(jìn)行了分析。
　　 ⑶開(kāi)發(fā)了內(nèi)燃機(jī)燃燒室多體耦合系統(tǒng)瞬態(tài)傳熱數(shù)值分析軟件。通過(guò)建立一套規(guī)范的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)格式，實(shí)現(xiàn)了前后處理程序的無(wú)縫連接，使得該數(shù)值分析程序成為一個(gè)完整的軟件系統(tǒng)。并采用單鏈表和雙鏈表相結(jié)合的稀疏矩陣數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)完成了該耦合系統(tǒng)總體剛度矩陣的存儲(chǔ)，采用一定的選主元策略完成了對(duì)該稀疏矩陣的高斯求解。在保證計(jì)算精度的情況下，

5、上述方法極大地減少了程序的運(yùn)算時(shí)間和內(nèi)存占用量。
　　 ⑷應(yīng)用所開(kāi)發(fā)的軟件，完成了對(duì)設(shè)計(jì)中的LJ377MV 發(fā)動(dòng)機(jī)活塞組-氣缸套耦合系統(tǒng)，以及燃燒室多體耦合系統(tǒng)，即活塞組-氣缸套/氣缸體-氣缸墊-氣缸蓋-進(jìn)排氣門(mén)耦合系統(tǒng)瞬態(tài)傳熱的研究，為L(zhǎng)J377MV發(fā)動(dòng)機(jī)的改進(jìn)和優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。
　　 ⑸采用兩種方法來(lái)驗(yàn)證多體耦合系統(tǒng)傳熱模型及所開(kāi)發(fā)程序。一是通過(guò)使用商業(yè)有限元軟件對(duì)簡(jiǎn)單耦合傳熱模型的對(duì)照比較來(lái)驗(yàn)證，二是通過(guò)CUB