【摘要】：隨著柴油機不斷向高燃燒壓力、高功率密度方向發(fā)展,現(xiàn)代柴油機關(guān)鍵零部件熱負荷問題日趨嚴重。氣缸蓋作為柴油機工作環(huán)境極為惡劣的的關(guān)鍵零部件之一,在柴油機實際工作過程中承受著極高的熱負荷,受熱問題尤為嚴重,這會嚴重影響柴油機工作的可靠性和使用的耐久性。因此,在現(xiàn)代柴油機冷卻系統(tǒng)設(shè)計和改進過程中,精確地預(yù)測和評價柴油機氣缸蓋的換熱狀態(tài)以及合理準確地控制其熱負荷具有重要的研究意義。本文以某四缸水冷式柴油機為研究對象,開展了柴油機氣缸蓋溫度場試驗,柴油機氣缸蓋內(nèi)流動換熱模擬研究以及氣缸蓋冷卻水腔的結(jié)構(gòu)改進設(shè)計。主要內(nèi)容如下:(1)在氣缸蓋火力面溫度較高和溫度梯度較大的區(qū)域布置20個溫度測點并完成硬度塞的安裝,在標定工況下對氣缸蓋溫度場進行測溫試驗,獲得氣缸蓋溫度場分布。結(jié)果表明:第三缸火力面兩排氣門“鼻梁”區(qū)的測點14溫度最高,達到580 K,火力面排氣道側(cè)測點溫度均在550 K以上,火力面進氣道側(cè)測點溫度均在550 K以下。因此,測溫試驗結(jié)果符合火力面“鼻梁”區(qū)溫度最高,火力面排氣道側(cè)溫度普遍比進氣道側(cè)高的實際情況。(2)采用ProE軟件建立了柴油機氣缸體、氣缸蓋、進排氣道等三維模型,應(yīng)用STAR-CCM+軟件分別對冷卻系統(tǒng)的流體域和固體域進行網(wǎng)格劃分。在相同邊界條件下分別采用傳統(tǒng)對流換熱模型和歐拉兩相流沸騰換熱模型,對氣缸蓋流場與溫度場進行數(shù)值模擬,對比氣缸蓋火力面各測點的測量值與計算值。結(jié)果表明:傳統(tǒng)對流換熱模型的計算結(jié)果與試驗測量值的部分誤差大于5%,與試驗值偏離較大;歐拉兩相流沸騰換熱模型計算誤差均小于5%,計算結(jié)果更加接近試驗值。歐拉兩相流沸騰換熱模型的計算結(jié)果更加符合氣缸蓋內(nèi)冷卻液流動與換熱的實際狀況。(3)基于歐拉兩相流沸騰換熱模型,對氣缸蓋冷卻水腔內(nèi)兩相流沸騰換熱的流場、壓力場、溫度場等進行了分析。結(jié)果表明:氣缸蓋冷卻水腔內(nèi)冷卻液流速、流量分布不均,因上水孔布置不合理,造成冷卻水腔鼻梁區(qū)存在流速小于0.5 m?s~(-1)的低流速區(qū)和流動死區(qū);因冷卻液流動存在慣性作用以及冷卻水腔容積較大,導(dǎo)致氣缸蓋冷卻水腔底部冷卻液流量較小。冷卻液流速、流量分布不均造成氣缸蓋冷卻水腔局部溫度較高以及出現(xiàn)大片高溫區(qū)。在柴油機實際運行過程中容易出現(xiàn)熱疲勞等問題,對機體造成一定損害。(4)針對原機氣缸蓋冷卻水腔存在的問題,對氣缸蓋冷卻水腔進行了改進設(shè)計,提出了兩種改進方案,通過流場、溫度場對改進方案進行了具體的評價。結(jié)果表明:兩種改進方案在一定程度上均提高了冷卻水腔鼻梁區(qū)的流速,降低了高溫區(qū)域的熱負荷。相對于原機,方案1、方案2最大流速分別提高了0.16 m?s~(-1)、0.27 m?s~(-1),低流速區(qū)和流動死區(qū)面積進一步減小,最高溫度降低了1.85 K、4.05 K,高溫面積進一步減小。通過流場和溫度場的對比分析,方案2在改善低流速區(qū)和降低高溫區(qū)域熱負荷方面具有良好效果,改進方案為氣缸蓋冷卻水腔的改進設(shè)計提供了參考范例。
【圖文】：

文章主要內(nèi)容框圖

測溫的關(guān)鍵為硬度塞的加工，硬度塞測溫的精度與制作以在制作硬度塞材料的選擇上具有特定的要求。要求材材料的金相顯微組織和化學(xué)成分均勻，無軟點和硬點；硬度能長期保持在穩(wěn)定和均勻的狀態(tài)，通常要求：材料直線或者近似成線性關(guān)系；材料處在同一回火溫度下，，可能保持處于相對穩(wěn)定狀態(tài)[55,56]。目前，研究人員制作軸承鋼。依據(jù)標準件（GB73-66）平端緊固螺釘?shù)男螤罴庸ぃ甙惭b于氣缸蓋，對氣缸蓋表面破壞較小，較易鉚緊，其要求[57,58]。試驗用硬度塞如圖 2.1 所示。
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TK421.1

【參考文獻】

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1 吳倩文;和法貴;白書戰(zhàn);胡玉平;;考慮沸騰換熱的柴油機缸蓋冷卻水腔結(jié)構(gòu)優(yōu)化[J];內(nèi)燃機與動力裝置;2015年04期

2 田小飛;薛冬新;;某8缸柴油機冷卻水套CFD分析及優(yōu)化[J];農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程;2015年07期

3 花仕洋;黃榮華;李智;;基于沸騰模型的內(nèi)燃機缸蓋多場耦合傳熱[J];內(nèi)燃機學(xué)報;2014年04期

4 朱云堯;趙昌普;;燃燒室形狀、廢氣再循環(huán)和噴油策略對柴油機性能及排放的影響[J];小型內(nèi)燃機與摩托車;2013年06期

5 花仕洋;黃榮華;李智;朱東祥;;缸蓋冷卻水腔內(nèi)沸騰臨界熱流數(shù)值模型[J];內(nèi)燃機學(xué)報;2013年06期

6 何聯(lián)格;左正興;向建華;;考慮兩相流沸騰傳熱的氣缸蓋溫度場仿真研究[J];內(nèi)燃機工程;2013年03期

7 谷芳;吳華杰;崔國起;;高強化柴油機缸蓋水腔過冷沸騰數(shù)值模型研究[J];內(nèi)燃機工程;2014年06期

8 何聯(lián)格;左正興;向建華;;氣泡尺寸對氣缸蓋沸騰換熱的影響[J];內(nèi)燃機學(xué)報;2013年01期

9 董非;郭晨海;蔡憶昔;范秦寅;姜樹李;;缸蓋鼻梁區(qū)水腔結(jié)構(gòu)對腔內(nèi)沸騰傳熱影響的數(shù)值研究[J];內(nèi)燃機學(xué)報;2010年05期

10 傅松;胡玉平;李新才;陳志忠;李國祥;潘繼紅;;柴油機缸蓋水腔流動與沸騰傳熱的流固耦合數(shù)值模擬[J];農(nóng)業(yè)機械學(xué)報;2010年04期

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1 吳倩文;柴油機缸蓋熱負荷及冷卻水腔強化傳熱研究[D];山東大學(xué);2016年

2 楊世壽;臥式雙缸柴油機缸蓋熱機耦合研究[D];昆明理工大學(xué);2011年

3 龔超;柴油機關(guān)鍵零部件的有限元分析及試驗研究[D];武漢理工大學(xué);2010年

4 廖明烽;發(fā)動機氣缸蓋三相耦合計算與溫度場試驗研究[D];華中科技大學(xué);2009年

5 楊杰;DME發(fā)動機活塞溫度場的三維有限元分析與試驗研究[D];華中科技大學(xué);2007年

本文編號：2709714