气缸盖中两相流沸腾换热热机耦合仿真分析

基于汽液两相流沸腾换热的基本理论和计算方法,对某柴油机气缸盖与冷却水腔组成的流固耦合传热系统进行了整场求解,得到了气缸盖的温度场分布,并通过与气缸盖温度场试验结果对比分析,证明了计算模型的有效性.将温度场结果施加于气缸盖、螺栓、机体所组成的热机耦合系统中,对气缸盖进行了结构强度计算,得到了气缸盖火力面热机耦合应力分布.采用试验设计方法,将冷却水进口温度和速度作为输入参数,对火力面应力较大区域的最大等效应力进行了响应分析,结果表明:考虑汽液两相流的沸腾换热可以有效降低气缸盖火力面的最大热机耦合应力;火力面的最大应力出现在喷油器座孔周围;冷却水进口温度对火力面应力较大区域的最大等效应力的影响不可忽略.     

热声热机——无运动部件的低污染热机

通过对国内外热声热机理论和实验研究的分析，展望我国发展热声热机的前景。     

高频驻波热声热机的数值研究

以1/4波长驻波热声热机为研究对象,建立了平行板叠结构回热器以及异形板叠结构回热器的数值模型,采用Fluent软件分析了这两种结构回热器产生的压力、速度以及流场.研究结果表明:异形板叠结构回热器自激振荡达到饱和所需的时间比较短,压力幅值比较高;非线性声场的扰动,导致不同时刻回热器冷热两端温度分布不稳定,相比平行板叠结构回热器,异形板叠结构回热器温度梯度比较小,有利于低品质热源的应用;针对板叠结构回热器,改变平板的结构,有利于实现热声系统的匹配;异形板叠结构回热器周围的流场明显强于平行板叠结构回热器,有利于流固之间的耦合,提高了热声转换的效率.     

不同动量比对T型管冷热流体掺混及管道热疲劳的影响

为探究主支管流体不同动量比对T型管道内冷热流体掺混过程及管道热疲劳程度的影响,通过对T型管内不同主支管流体动量比工况下冷热流体的掺混过程进行大涡模拟（LES）,计算得到管道壁面及管道内流体的温度波动情况,并使用同一套T型管网格模型进行了流固耦合计算,得到了动量比对T型管道热应力及热疲劳寿命的影响规律。计算结果表明,当动量比变化使得T型管内流体的搅混流型发生变化时,动量比对管道热疲劳的影响明显,其中,搅混流型为偏转流时,管道的热疲劳现象相较于搅混流型为壁面流的热疲劳现象得到明显的改善,预测热疲劳寿命从8.81×10^-4年提高到5.40×10¹⁵年。因此,随着主支管流体动量比的降低,流体搅混流型从壁面流转变为偏转流,管道的热疲劳寿命得到明显提高。     

基于Workbench防冲刺短节疲劳寿命分析

在井控作业中,高速、高压流体冲击防冲刺短节,产生脉动循环冲击载荷,易产生冲击疲劳.通过疲劳寿命理论计算得出防冲蚀短节满足疲劳强度要求.然后,根据材料的S-N曲线,通过ANSYS Workbench多物理场耦合分析平台完成对防冲刺短节流固耦合分析,得到作用于防冲刺短节的载荷谱.利用Ncode DsignLife疲劳分析方法对防冲刺短节进行疲劳寿命数值模拟,采用疲劳安全系数作为疲劳强度失效评价标准,得到防冲刺短节关键区域安全系数均大于1,满足其疲劳强度设计要求,且安全系数云图与应力云图分布位置相同,说明数模结果具有一定指导意义.     

不同曲率支管弯管对T型管湍流混合下热疲劳的影响

为了探究不同曲率支管弯管对T型管冷热流体混合下热疲劳的影响,分别对支管上游曲率为0.006、0.01、0.02这3种弯管结构的T型管内冷热流体的混合过程进行大涡模拟（LES）,将计算得到的瞬时温度和压力载荷动态地加载到固体域进行流固耦合计算,得到管道的热应力分布情况;再利用雨流计数方法对获得的波动热应力进行统计学分析,根据线性疲劳损伤累计准则进行热疲劳评估,得到管道的无量纲累计疲劳损伤率。将各个结构的无量纲时均温度、无量纲均方根温度和无量纲热疲劳损伤率等进行对比,数值结果表明：3种结构的温度和应力的分布和波动相似;随着曲率的增大,温度波动变得剧烈,而相贯区热应力集中逐渐减弱,同时其无量纲累计疲劳损伤率呈降低趋势。     

热声热机结构动力学分析

利用商业软件ANSYS建立热声热机模型,从结构动力学角度进行模拟研究,对其进行结构静力、模态和谐响应分析。在热声系统的关键位置布置监测点,得到热声系统内部位移、应力和应变等参数随压力和频率的变化关系。研究结果表明:随着充气压力的提升,应力应变基本呈现线性增大的趋势,且峰值点一一对应。随着结构模态的提高,热声热机的应力和应变因位置的不同而存在差异;热声系统的3阶和4阶模态下固有频率接近气体介质的振荡频率;由谐振管内表面布置的监测点所得结果可知,高密度的气体介质的振荡会在回热器中产生振动激励和声激励,并作用于谐振管,使声波和固体介质产生共振和耦合。     

多缸汽油机缸盖热负荷研究

以ＮＪＧ４２７Ａ汽油机为工程背景，对其缸盖热负荷进行了详细研究。在观察分析缸盖中冷却水流动状况基础上，进行改进，并对新、老缸盖温度进行对比实验。计算其温度场并绘图，最后作出分析评价。     

盘式制动器接触压力与热机耦合特性仿真分析

接触压力分布特性和热-机耦合动力学特性对制动器的综合性能具有重要影响。针对某通风盘式制动器,分别以活塞刚性面和钳指刚性面模拟活塞侧和钳指侧制动块的法向力作用,建立了三维瞬态热-机耦合动力学有限单元模型。基于该模型进行紧急制动工况下制动盘和制动块之间的接触压力分布特性、制动块的热-机耦合特性（温度场、应力场与热变形）的仿真计算,并分析了二者之间的相互作用规律。分析表明：摩擦衬片的开槽结构、活塞和钳指的形状会显著影响接触压力分布特性;制动块的瞬态温度场、应力场和热变形具有复杂的时间变化和空间变化规律。     

面向热机耦合特性分析的制动器摩擦特性模型

以通风盘式制动器为对象,建立制动器热-机耦合有限元模型,并建立实测摩擦系数、最大恒定摩擦系数、最小恒定摩擦系数和等效恒定摩擦系数4种摩擦特性模型,进行紧急制动工况下制动器热-机耦合特性的仿真分析.通过对比分析4种摩擦特性模型条件下的制动盘瞬态温度场、应力场以及热变形情况,探讨了面向制动器热-机耦合特性分析的制动副摩擦系数特性的模型建立方法.     

红外无损检测技术在发动机缸盖热状态监测中的应用

缸盖热状态的正常与否是保证发动机可靠工作的重要因素之一.本文以某型柴油机缸盖为研究对象,确定了高、中、低3种试验工况.采用红外测温技术,检测了实机工作状态下缸盖外表层测点温度随发动机工况的变化规律.提出相对灵敏度的概念,并结合数值仿真,确定了发动机缸盖表层温度特征区域.试验和仿真结果表明,在缸盖结构以及发动机工况一定时,缸盖的所有传热边界条件也保持一定,缸盖表层温度可综合反映其整体温度场,可作为评价其热状态的依据.该研究为实现发动机缸盖热状态的在线监测提供了新的途径,同时也拓展了红外检测技术的应用领域.     

基于两相流沸腾传热模型的缸盖温度场辨析

为了更精确地研究发动机缸盖温度场的分布,在Eular多相流模型的基础上,结合Rohsenow核态沸腾传热模型,建立新的可用于内燃机缸盖水腔内过冷沸腾数值模拟的两相流模型.以某汽油机缸盖为研究对象,分别采用BDL和Rohsenow两种传热模型,利用CFD技术对其进行流固耦合传热计算和分析.结果表明,采用Rohsenow沸腾传热模型能够比BDL沸腾模型更精确地计算缸盖温度场;缸盖的最高温度192.22℃,最大应力156MPa,均满足缸盖材料的强度条件.     

基于Hypermesh和Abaqus的气缸盖动态特性分析

采用CAE软件Hypermesh与Abaqus相结合,解决了复杂结构有限元建模难的普遍难题。建立了某柴油发动机气缸盖的有限元分析模型,并进行模态分析,提取了前6阶固有频率及振型。通过试验模态分析数据检验,误差基本在5%以内,说明有限元模型具有较高的精度,同时证明有限元分析的准确性,为气缸盖的优化设计和动力学分析打下了基础。     

Thermal Stresses in a Cylinder Block Casting Due to Coupled Thermal and Mechanical Effects

Thermal stress in castings results from nonuniform cooling. The thermal stress and the deformation can change the casting and mold contact conditions which then alter the heat transfer between the casting and the mold. The contact element method was used to study the interaction between a sand mold and a casting. The contact status was then fed back to the heat transfer analysis between the sand mold and the casting to re-evaluate the heat transfer coefficient based on the gap size or pressure between surfaces. The thermal and mechanical phenomena are then coupled in two directions. The method was applied to analyze stress in a stress frame specimen casting and a cylinder block. The results are more accurate than without consideration of the contact effects on the heat transfer.     

热机械疲劳寿命的应变唯象描述

通过比较热机械疲劳寿命的３种不同唯象描述方法，讨论了相位差对疲劳寿命的影响，提出对疲劳寿命的唯象描述应采用总应变范围△εｔ或非弹性应变范围△εｉｎ，才符合工况模拟试验和疲劳寿命预测的基本条件。     

基于整场离散的气缸盖热流固多物理场耦合状态数值模拟

针对柴油机气缸盖工作状态数值模拟的复杂性及高耗时性,提出一种基于整场离散的高温燃气(热)、冷却液(流)、机械负荷(固)之间多物理场耦合分析方法.首先分析了热-流-固耦合的基本原理及关键问题,构建了气缸盖流固耦合传热的物理模型及有限元模型,采用整场离散法对气缸盖流固传热状态进行了耦合求解,得到了气缸盖的温度场,并在此基础上进一步与机械负荷产生的应力场进行耦合求解,得到多场共同作用下气缸盖的温度场及应力场,并分析了产生原因,实现了柴油机气缸盖热-流-固多物理场的耦合状态分析.结果表明:文中研究通过对流固耦合传热区域建立控制方程,使得传热交界面成了求解区域的内部,简化了热-流-固边界区域之间的反复迭代,相比于传统的分区计算-边界耦合法,提高了计算效率.      

柴油机气缸盖传热规律研究

利用Star CCM+软件,采用多面体网格技术和基于流体体积函数方法(VOF)的两相流沸腾模型,对单缸柴油机气缸盖的冷却传热进行了流-固耦合仿真计算,通过气缸盖的测试温度对仿真结果进行了校验.在此基础上,对气缸盖的传热规律进行了研究.研究表明,单缸柴油机负荷增加时,气缸盖冷却水壁面排气门鼻梁区的传热系数HTC呈现出在较小负荷增加迅速,在较大负荷增加变缓的规律;气缸盖向冷却水传递的热流量则随单缸柴油机负荷的提高呈现出加速上升的趋势,转速为2 000r.min-1时,单缸柴油机功率由44kW增加到61kW,气缸盖传递给冷却水的热流量增幅为31.4%;功率由61kW增加到80kW,气缸盖传递给冷却水的热流量增幅为61.3%.     

斯特林发动机热腔缸头的热负荷研究

本文对实际斯特林发动机中一种热腔缸头的模化结构,在高温、高压工况下的温度场和应力场,运用自己建立起来的计算方法和实验方法,进行了理论分析和数据实测.所获成果开始揭示这种热腔缸头的热负荷特性;也为斯特林发动机的设计,提供了有用的参考资料。