仿真技术在发动机排气歧管故障排除中的应用

利用软件仿真技术对某新型四缸柴油机排气歧管断裂进行了研究。首先,利用AVL公司BOOST和FIRE软件,分别对发动机进行了热力学计算、排气歧管进行内外流场CFD计算,在FIRE中进行流固耦合。然后,用ABAQUS软件计算温度场和热应力,确定故障发生的原因,在此基础上提出了改进方案并使用FEMFAT软件进行了疲劳寿命分析。仿真结果表明改进方案明显提高了疲劳安全因数。     

发动机排气歧管热负荷数值模拟

某发动机运行期间，由于不合理的结构设计导致排气歧管关键部位的热疲劳失效，为此采用CFD技术模拟排气歧管工作时的外流场；通过热力学计算得到排气歧管的入口和出口边界条件。计算排气歧管的三维瞬态内流场；将内外流场计算的等效传热边界条件影射到排气歧管的内外表面生成传热边界条件，计算出结构温度场；将固体边界的温度作为流场边界条件重新进行内外流场计算，反复迭代多次，最后，求解结构的热应力．对原方案提出了改进意见，结构改进后，排气歧管热疲劳失效得到排除．     

汽油机歧管式催化转化器流固耦合热应力分析

采用流固耦合的方法计算了某汽油机歧管式催化转化器结构热应力状态与振动特性。首先,计算了歧管式催化转化器结构的内流场和外流场,得到了内外壁面的温度与压力分布;进一步利用有限元的方法计算了歧管式催化转化器结构的热应力状态和振动特性。计算结果表明,歧管式催化转化器结构在入口法兰区域热应力过大,容易产生应力集中,是最容易损坏的区域;另外,排气歧管和催化转化器连接处,与螺栓固定点的距离较大,热变形较大。据此,进行了结构改进,并与原结构进行了相应的分析对比,结果表明改进后的歧管式催化转化器较原结构在最高温度及最大热应力、振动特性等方面均有所改善。     

排气歧管罩动态特性分析与结构改进设计

排气歧管罩是某6360汽车发动机的主要表面噪声辐射源,利用有限元分析技术建立了其有限元模型并进行解析模态分析,分析结果与实验基本一致.在此基础上进行了在发动机缸体振动激励下的瞬态响应分析,结果表明排气歧管罩自由边法向振动速度最大,是其噪声辐射的主要来源.对排气歧管罩进行了结构改进.其分析结果表明改进效果良好,排气歧管罩的辐射噪声得到明显降低.     

基于FLUENT的柴油机排气歧管内流场的数值模拟

建立了柴油机排气歧管的计算流体动力学(CFD)模型,应用Fluent软件分析各歧管分别排气时,排气管内的流动特性,通过计算各支管流量的均匀性以及流场的流通性来衡量排气歧管设计的好坏.数值模拟结果表明各支管分别排气时的进、出口质量流量较为均匀,流场中的气体流动基本顺畅,没有明显的旋涡存在,但一些区域动压较大.为减少能量损失,对排气歧管进行了结构改进,改进后的流场数值模拟结果表明动压较大区域有明显改善,流速分布更有利于排气.因此,通过CFD技术研究歧管结构形状对流场的影响,能够为优化排气歧管的结构设计,减小流动阻力,改善排气效果提供理论依据.     

汽车排气歧管加工要点及工艺改进研究

排气歧管是保证汽车发动机正常运行的重要部件,是与发动机的各个缸体之间直接连接的,保证各缸体的排气顺畅,为了保证排气歧管的加工品质,防止排气歧管在开槽后出现结构形变。因此对排气歧管的加工工艺进行优化,主要是将排气歧管的开槽工序放置在钻进气法兰面孔后面、精铣进气法兰面的前面,进而避免了进气面开槽引起的排气歧管结构形变问题,从而保证排气歧管进气法兰面的平面度以及进气面各孔的位置度。     

热疲劳斜裂纹应力强度因子有限元分析

用有限元方法和最大周向应力准则计算了热疲劳斜裂纹的应力强度因子和开裂角的周期变化规律.计算表明:在加热过程中,模型内产生压缩热应力,使两裂纹面相互挤压、错开;由于加热过程生成的压缩塑性变形不能自由恢复,在降温过程的后期产生拉应力使裂纹张开;热疲劳斜裂纹在加热过程以及降温过程的前期是纯Ⅱ型,KⅡ在加热过程结束时达到最大值,在降温过程的后期是Ⅰ,Ⅱ复合型,降温过程结束时KⅠ,Ke达到最大值,裂纹在此时最易开裂.     

4190船用增压四冲程柴油机进排气系统建模

基于MATLAB/Simulink仿真平台,构建4190型船用增压四冲程柴油机的非线性仿真模型,进行进、排气系统的仿真计算.以4190 ZLC-2型船舶中速柴油机为例,并将仿真结果与实验结果进行对比,验证了柴油机仿真模型的正确性.利用该仿真模型进一步研究进、排气系统对4190ZLC-2型柴油机功率、扭矩、燃油消耗率、充气效率等参数的影响.结果表明:柴油机进气总管直径偏移+20mm与排气歧管直径为65mm时,4190型柴油机经济性和排放性达到最优,为190系列船用中速柴油机性能优化设计提供了依据.     

某发动机排气歧管流固耦合分析的应用

文章采用一种流固耦合的计算方法,模拟某发动机排气歧管全速全负荷工作时的温度场以及冷却过程的变形与应力,由此确定该排气歧管在工作中变形过大、漏气问题的设计缺陷,并提出优化方案.     

钢壳陶瓷涂层排气道对风冷增压柴油机性能的影响

对排气道采用隔热措施后，使通过排气道散向气缸盖的热量减少，从而降低气缸盖的热负荷和热应力，达到增加标定功率的目的．描述了钢壳陶瓷涂层排气道气缸盖的设计与铸造工艺、气缸盖的热冲击试验和温度测量、单缸机性能考核试验．在国产ＢＦ８Ｌ４１３Ｆ风冷增压柴油机（Ｄ＝１２５ｍｍ，Ｓ＝１３０ｍｍ）上进行隔热气缸盖与原机气缸盖的性能对比试验．试验结果表明，采用陶瓷隔热后，整机功率从２３５ｋＷ增至２５４ｋＷ，增加８．１％，缸盖温度却比原机低１０℃．     

考虑进气效应和非线性接触的活塞瞬态应力研究

针对经验公式计算活塞顶面传热边界不准确和热应力计算中引入位移约束产生人为应力集中的问题,采用燃烧模拟和有限元方法构建非线性接触对,研究活塞瞬态应力。首先,燃烧模拟仿真得到活塞顶面传热边界条件,并实现向有限元模型的瞬态映射;然后,用非线性接触模拟热和力在构件间的传递,对比有、无进气冷却效应下的活塞瞬态温度场,结合测温试验进行温度场验证,对比有、无非线性接触的活塞热应力场;最后,结合机械负荷,进行在交变热-机械负荷作用下的活塞瞬态应力场分析。计算结果表明:采用燃烧模拟和有限元方法进行活塞瞬态温度场研究,能更准确地反映活塞顶面温度在时间上的波动和空间上的不均匀;非线性接触改善了施加位移约束产生的人为热应力集中问题,对比排气侧,活塞进气侧的热应力高出11.9%;热机耦合应力不是热应力和机械应力的简单叠加,且热、机械应力有一定程度的相互抵消。     

不同气缸首先着火起动后发动机排气特性模拟

分别利用GT-Power和FIRE软件建立了天然气发动机一维仿真模型和排气系统三维模型,并实现了二者的耦合计算.模拟结果得到了试验验证.对4缸天然气发动机起动过程中不同气缸首先着火后,排气系统内气体流动和温度分布特性进行了模拟研究.结果表明：起动阶段第1个循环未着过火的气缸在排气过程中存在废气回流到气缸的现象,并推迟了废气向排气系统排出;不同气缸首次着火后,各缸排气歧管结构的差异引起排气系统中废气的流动和温度分布的不同.优化选择首个着火气缸进行起动,可以使催化器入口排气温度场分布更均匀,其中,第2缸首先着火起动后催化器入口流速均匀性指数最高,温度分布均匀,高温气体所占截面面积的比例最大.但不同气缸首次着火起动对排气流动和温度分布的影响主要表现在前3个发动机工作循环,此后这种差异消失.     

多缸柴油机进气歧管的仿真计算与试验研究

对于多缸直喷柴油机,进气歧管的结构对空气流通性能和各缸进气均匀性影响很大,进而影响到整机性能。文章利用AVL FIRE软件对原机进气歧管进行了三维CFD稳态计算,获得了进气歧管的流通性能数据和最大进气不均匀度。通过带进气歧管的缸盖稳流试验,验证了该进气歧管的进气均匀性较差。仿真流场结果表明,该歧管入口段与容积腔过渡处结构不合理,阻碍了气流运动,据此指导设计部门对进气歧管结构进行改进。计算结果表明,改进后的进气歧管相比于原机进气歧管流通能力和最大进气不均匀度均得到有效改善。     

EGR涡轮增压柴油机的进气未燃空气质量分数估计

为解决车用EGR涡轮增压柴油机进气未燃空气质量分数无法直接测量的问题,提出了一种估计未燃空气质量分数的方法.在构建高压回路EGR涡轮增压柴油机动态模型的基础上,设计了EGR流量的高增益观测器,为进气歧管未燃空气质量分数的准确估计奠定基础;基于进排气歧管未燃空气质量分数的动态方程,设计了柴油机未燃空气质量分数的全维状态观测器,并基于李雅普诺夫稳定性理论,对设计的观测器进行了稳定性分析.分析结果表明,设计的观测器是一渐近稳定系统,可以用于对未燃空气质量分数进行估计.利用GT-Power仿真数据以及试验数据对设计的EGR流量观测器和未燃空气质量分数观测器进行验证.结果表明,设计的观测器能够对参数进行准确估计,估计误差在3%以内,满足柴油机控制系统的需求.      

GW15汽油机排气歧管的优化设计

应用AVLBOOST软件结合经验公式对GW15汽油机进行了一维不稳定流动模拟计算。基于数值模拟结果,优化原汽油机排气歧管,并通过试验测得该发动机的扭矩、功率、燃油消耗率、空燃比、排气温度等参数加以分析验证。研究结果表明:优化后,最大扭矩增加了4.22 N.m;最大功率增加了3.06 kW;最低燃料消耗率在常用转速下降低了5.82 g/(kW.h)。     

钢筋混凝土梁开裂弯矩不同计算方法对比分析

基于试验、理论及仿真分析研究了钢筋混凝土梁开裂弯矩不同计算方法的适用性.利用自主研制的反向加载试验设备完成了7根梁的受弯开裂试验;推导了双筋截面梁开裂弯矩求解的理论表达式;分析了梁开裂弯矩不同近似计算方法的异同;采用ABAQUS构建了试验梁的仿真分析模型,得到了梁开裂弯矩的仿真解.将不同计算方法得到的结果与试验值进行对比分析,结果表明:钢筋混凝土梁开裂弯矩不同算法的结果较实测值均偏大,其中仿真值误差最小;横向受力裂缝出现时,梁刚度并不发生突变,仅当裂缝贯通保护层且发展到一定程度时其刚度才降低;现有梁开裂弯矩近似计算公式更适宜于估算梁刚度第一个突变点对应的弯矩值.     

试验与仿真相结合的发动机活塞热负荷分析

借助硬度塞温度测试、数值分析手段,结合对改进前活塞的温度场和热应力的计算,对发动机改进后活塞的热负荷状况进行评估.通过计算活塞传热边界条件,利用有限元分析软件,对活塞进行温度场计算,然后利用试验实测数据对其进行标定,在计算误差小于5%的情况下,得到改进前与改进后活塞在A工况和B工况下的温度场分布,最后进行了对应工况的热应力计算.结果表明在相同工况下发动机改进后活塞最高温度均比改进前活塞低,最大热应力比改进前活塞小.在改进前活塞满足热负荷要求的前提下,改进后活塞满足热负荷要求.     

高射速自动机身管热容量及热应力分析

针对高射速自动机在连续射击条件下,身管承受高频、高温及高压冲击作用的特点,采用传热学理论与有限元方法相结合方法,建立了高射速自动机身管热结构耦合分析模型.选取不同管径比的身管为实例,对自动机以高射速连续射击条件下身管的热容量和热应力情况进行了仿真,得出了管壁温度和热应力随连续射弹数的变化趋势及热应力在管壁内的分布规律,在考虑膛压和温度场共同作用下,进一步分析了热应力的存在对不同管径比身管强度安全性的影响.该文分析方法和仿真结果对小口径高射速自动机身管的设计具有一定的参考价值.     

发动机温度载荷响应仿真方法研究

该论文基于有限元方法对发动机降温过程进行了瞬态温度场仿真计算,确定了发动机在降温过程中达到温度平衡的时间,为发动机保温试验提供数据支撑。另外,发动机降温之后再进行升温,由于壳体和推进剂的热膨胀系数不同,在药柱内产生了热应力和热应变,该论文对该过程药柱的应力、应变分布进行仿真研究,为发动机温度梯度试验提供数据支撑。     

瞬态工况下DPF温度特性的数值分析

在柴油机颗粒捕集器(DPF)使用的过程中,工况变换造成的排气热冲击会使其内部出现较大温度梯度,导致热应力破坏.为了避免DPF使用过程中的热应力破坏,以DPF为研究对象,利用对流传热原理建立了DPF温度传递模型,研究了入口流量、载体孔目数、载体长度和颗粒物沉积量对DPF温度特性的影响.结果表明:入口流量可以极大地影响DP...