內(nèi)燃機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)燃機燃燒室多個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)傳熱過程，以及活塞組-氣缸套/氣缸體-氣缸墊-氣缸蓋-進排氣門耦合系統(tǒng)的周期性瞬態(tài)傳熱過程。并開發(fā)了內(nèi)燃機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)燃機的整機系統(tǒng)傳熱，熱平衡及熱負荷研究提供了一個重要的分析工具。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、計算程序

2、的開發(fā)、模擬結(jié)果的研究和模型的驗證六個方面的內(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。通過將潤滑油膜假設(shè)成一維熱阻，使用完全耦合的分析方法，建立了該運動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。采用三維流體動壓潤滑分析程序計算了沿活塞環(huán)周向瞬時變化的油膜厚度和摩擦熱，實現(xiàn)了對該耦合傳熱過程更加精確的模擬。通過對活塞環(huán)組、活塞、氣缸套、氣缸體分別進行有限元網(wǎng)格離散，來反映不同材料屬性

3、對溫度分布的影響。計算的結(jié)果還獲得了活塞環(huán)、活塞的瞬時溫度波。
　　 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、進排氣門等燃燒室主要零部件，通過使用兩種不同的耦合傳熱模型：運動零部件間的油膜導(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。計算獲得了傳統(tǒng)研究方法無法獲得的進

4、排氣門的瞬時溫度分布，揭示了氣門與氣門座接觸傳熱的過程，同時也對傳統(tǒng)研究中研究較少的氣缸墊的傳熱作用進行了分析。
　　 ⑶開發(fā)了內(nèi)燃機燃燒室多體耦合系統(tǒng)瞬態(tài)傳熱數(shù)值分析軟件。通過建立一套規(guī)范的數(shù)據(jù)標準格式，實現(xiàn)了前后處理程序的無縫連接，使得該數(shù)值分析程序成為一個完整的軟件系統(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，采用一定的選主元策略完成了對該稀疏矩陣的高斯求解。在保證計算精度的情況下，

5、上述方法極大地減少了程序的運算時間和內(nèi)存占用量。
　　 ⑷應(yīng)用所開發(fā)的軟件，完成了對設(shè)計中的LJ377MV 發(fā)動機活塞組-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-進排氣門耦合系統(tǒng)瞬態(tài)傳熱的研究，為LJ377MV發(fā)動機的改進和優(yōu)化設(shè)計提供了依據(jù)。
　　 ⑸采用兩種方法來驗證多體耦合系統(tǒng)傳熱模型及所開發(fā)程序。一是通過使用商業(yè)有限元軟件對簡單耦合傳熱模型的對照比較來驗證，二是通過CUB