检索结果-南通市图书馆

作者：刘一鸣北京理工大学

学位级别：硕士

随着内燃机强化水平不断提高,活塞被要求具有更强的高温承载能力,开发新材料活塞以适应高强化工况是一种新的发展趋势。钛合金作为一种新型的材料,相比活塞传统材料具有比强度高、高温性能优良、导热系数小等优点,在活塞上有广泛的应用... 详细信息

随着内燃机强化水平不断提高,活塞被要求具有更强的高温承载能力,开发新材料活塞以适应高强化工况是一种新的发展趋势。钛合金作为一种新型的材料,相比活塞传统材料具有比强度高、高温性能优良、导热系数小等优点,在活塞上有广泛的应用前景。但钛合金材料耐磨性差,且在铸造过程中常出现缩孔、缩松、夹杂等缺陷,导致其应用范围受到制约。本文围绕限制钛合金材料在活塞上应用的关键技术性问题,采用试验研究和仿真分析相结合的方法,确定了钛合金活塞的减摩耐磨方案,评估了铸造缺陷对活塞结构强度的影响。论文研究内容包括以下三个方面:结合钛合金的材料特性及加工工艺,设计出了一种新型钛合金活塞。应用性能仿真软件计算确定了柴油机活塞有限元分析中所需的边界条件,利用Abaqus软件对活塞温度场、应力场和变形情况进行了仿真分析,结果显示钛合金活塞头部隔热效果明显,头部与裙部温差大,活塞各位置强度满足要求,整体变形较小。针对钛合金材料耐磨性差这一关键问题,对活塞进行了减磨耐磨设计。计算校核了环槽处的磨损寿命,结果显示ECC镀膜满足耐磨性要求。选取SPCC作为钛合金活塞衬套材料,并经过仿真分析研究将活塞与衬套间的过盈量定为0.10mm。活塞裙部采用在ECC镀膜的基础上加镀二硫化钼方案以提高耐磨性。结合活塞的变形情况,确定了钛合金活塞的配缸间隙和侧向型线。基于钛合金材料真实微观结构建立了RVE有限元模型,采用细观力学有限元法分析了铸造缺陷对钛合金活塞的影响,仿真结果与试验数据吻合较好。细观应力、应变场分析结果显示:缺陷周围的基体材料应力较大,易发生局部失效。为校核活塞关键位置载荷情况,对含缺陷材料活塞进行应力场计算分析,发现活塞喉口处的缺陷对活塞应力分布影响较小,而活塞销座内侧斜上方及内腔颈部两处位置的缺陷会使附近的应力增大。

关键词：活塞钛合金耐磨缺陷细观力学

高温合金K465的力学表征及其疲劳寿命分析

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高温合金K465的力学表征及其疲劳寿命分析

作者：黄凯北京理工大学

学位级别：硕士

镍基高温合金广泛用于舰船、能源动力、石油化工以及航空发动机的叶片、机匣,盘等部件,是衡量一个国家材料发展水平的重要标志之一。K465是我国研制的一款铸造镍基合金材料,广泛用于涡轮发动机的机匣以及转子零件,材料的力学行为和疲劳... 详细信息

镍基高温合金广泛用于舰船、能源动力、石油化工以及航空发动机的叶片、机匣,盘等部件,是衡量一个国家材料发展水平的重要标志之一。K465是我国研制的一款铸造镍基合金材料,广泛用于涡轮发动机的机匣以及转子零件,材料的力学行为和疲劳性能成为K465应用的关键,开展对该材料的力学性能的研究,对材料的工程应用具有重要的意义。本文通过对K465开展了一系列常温、900℃材料疲劳性能性能试验,阐明载荷、温度、疲劳寿命的关联。在Fatemi-Socie模型的基础上,研究K465的多轴疲劳损伤机理和寿命预测,引入相关疲劳模型参数,建立K465材料的多轴疲劳修正模型。模型的预测结果表明拉压、纯扭、拉扭组合试验均分布在二倍线以内及附近,考虑铸造缺陷以及误差因素,Fatemi-Socie模型能很好地预测材料疲劳性能。开展了Brown-Miller模型、Shang-Wang模型、Findley模型三个多轴疲劳模型对K465材料在常温疲劳试验的适用性研究,分析各模型的精度。结果表明这三个模型均对纯扭和拉扭组合的预测结果分布在二倍线以内及附近,但对拉压的预测结果预测误差较大。材料铸造工艺影响原始缺陷分布,从而改变材料疲劳性能,本研究表明K465材料微结构对铸造工艺极其敏感,控制不当即可能在材料中疏孔呈积聚现象,严重影响材料的疲劳性能。通过晶相分析,探索材料铸造缺陷对疲劳损伤影响,利用Murakami模型效量化处理铸造缺陷,采用疲劳断裂力学模型,预测含铸造缺陷K465材料疲劳寿命。计算结果在常温低循环区域和试验结果吻合良好,而在高温度区预测的结果误差较大,随着温度的提高,材料表现明显塑性,无法直接用Paris模型预测。返回料在铸造行业广泛采用,本文研究了返回料的材料微结构和疲劳性能。由于受到杂质和微量元素控制的影响,返回料铸造材料疏松明显增多,与新料相比材料静力学以及疲劳性能严重降低,试验结果证明返回料的结构设计不能直接用新料数据,量化返回料和新料的差异需要更为精细的研究。

关键词：镍基合金 K465 铸造缺陷孔隙率力学行为多轴疲劳返回料

面向复杂多模态多目标优化问题的粒子群算法研究

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面向复杂多模态多目标优化问题的粒子群算法研究

作者：李国庆郑州轻工业大学

学位级别：硕士

在科学研究和工程应用中存在许多复杂的最优化问题,开展复杂最优化问题的研究具有极其重要的理论意义和应用价值。传统的通过建立数学模型或函数表达式求解的方式在求解现实优化问题时遭遇瓶颈,受自然启发的智能算法独辟蹊径。在过去二... 详细信息

在科学研究和工程应用中存在许多复杂的最优化问题,开展复杂最优化问题的研究具有极其重要的理论意义和应用价值。传统的通过建立数学模型或函数表达式求解的方式在求解现实优化问题时遭遇瓶颈,受自然启发的智能算法独辟蹊径。在过去二十多年间,群智能算法有效地解决了一些多模态、多目标优化问题。随着研究的进一步深入,研究人员发现一些特殊的多目标优化问题可能存在多个不同决策向量对应相同的目标函数值,并把这类多目标问题称之为多模态多目标问题。现有的多目标算法注重目标空间的搜索而忽视了决策空间的搜索。为了在决策空间搜索更多的Pareto最优解集,本文借鉴多模态优化问题中的小生境技术和多目标优化问题中的非支配排序方式开展粒子群算法的研究,提出了一种基于多种群和环形结构的粒子群算法MMOLRPSO解决多模态多目标优化问题,并通过实验仿真验证所提算法的优越性。论文的主要研究成果和创新点如下:(1)为了提升多模态多目标优化算法的全局搜索能力,本文提出了一种新的聚类算法和带有领导粒子更新机制的全局模式粒子群算法。通过聚类,将种群划分为多个子种群。每一个子种群负责搜索不同的区域,减少因重复搜索导致计算资源的浪费。而带有领导粒子更新机制的粒子群算法在更新粒子时,不仅可以加快种群搜索的收敛速度,而且可以保存大量的Pareto最优解集,提升算法的搜索效率。仿真实验结果表明,引入领导粒子更新机制能够明显改善算法的搜索性能。(2)为了提升多模态多目标算法的局部搜索能力,受多模态优化问题中小生境技术的启发,本文在子种群之间建立环形结构以增强局部搜索能力。通过使用局部模式粒子群算法更新每一个子种群的全局最优粒子,提升子种群的局部搜索能力,保持种群的多样性。同时,Pareto最优解集的分布更加均匀。(3)本文引入一些多模态多目标算法与MMOLRPSO比较。实验结果表明,本文提出的MMOLRPSO算法的表现明显优于其他对比算法。在决策空间,Pareto最优解集分布更加均匀。在目标空间,MMOLRPSO算法的表现与其对比算法不相上下。综合目标空间和决策空间的表现,与目前的多模态多目标算法的对比表明,所提出的算法具有很大的竞争性。

关键词：粒子群算法多模态多目标优化问题多种群小生境技术环形结构

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面向光伏模型参数辨识的智能优化算法研究

面向光伏模型参数辨识的智能优化算法研究

作者：余晓秋郑州轻工业大学

学位级别：硕士

光伏系统能够将太阳光辐射转化为电能,且其结构简单、易安装维护,因此被成功应用在照明、取暖等许多领域。光伏模型能够有效地描述光伏系统的非线性行为,其准确性主要受到模型未知参数的影响。这些参数不仅对于光伏模型的性能评估和质... 详细信息

光伏系统能够将太阳光辐射转化为电能,且其结构简单、易安装维护,因此被成功应用在照明、取暖等许多领域。光伏模型能够有效地描述光伏系统的非线性行为,其准确性主要受到模型未知参数的影响。这些参数不仅对于光伏模型的性能评估和质量控制至关重要,而且在光伏系统的最大功率点追踪中也具有重要作用。因此,准确快速地识别光伏模型未知参数至关重要。由于光伏模型的多模态和非线性特性,传统的解析式方法在进行参数识别时容易陷入局部最优,且搜索精度较低。因此,本文提出两种增强型智能优化算法用于光伏模型的参数辨识。本文研究内容主要包括以下两个部分:1.针对克隆选择算法中克隆规模与收敛速度之间存在冲突等问题,设计一种黄金正弦搜索的双重反馈自适应克隆选择算法(DCSAGS)。在该算法中,提出了双重反馈自适应克隆策略,通过种群适应度差异与种群谐波平均距离两个指标来控制克隆因子自适应变化,从而动态调整克隆规模,解决克隆规模与收敛速度之间的冲突。除此之外,还提出了一种基于黄金正弦的精英学习策略,进一步提高克隆选择算法提取光伏组件的未知参数的精度。本文将所提算法用于辨识固定条件下单晶硅和多晶硅两种光伏组件等效模型在单、双二极管光伏组件模型上的参数,并与十种先进算法进行对比实验,实验证明所提算法能精确可靠地解决不同光伏组件模型在固定环境条件下的参数辨识问题。2.针对现存的多数参数辨识方法没有考虑环境变化对参数识别性能影响的不足,提出了一种考虑光照和温度变化的改进人工生态系统优化算法(IAEO)。在所提算法中,提出了一种非线性控制参数调整策略,用非线性控制参数取代原本人工生态系统中的线性权重系数,利用混沌的遍历性和非重复性,更好地平衡探索与开发之间的关系。为了验证所提算法的性能,将其应用于固定环境的条件下(RTC France单晶硅光伏电池和Photowat PWP201多晶硅光伏组件)和非固定环境条件下(商用薄膜ST40、单晶SM55和多晶KC200GT光伏组件)光伏模型的参数识别,并与六种先进算法进行对比实验。结果证明所提算法可以有效解决固定环境条件下和非固定环境条件下多种光伏电池模型问题。

关键词：光伏模型光伏组件参数辨识克隆选择算法人工生态系统优化算法

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活塞热流的复合隔热控制研究

活塞热流的复合隔热控制研究

作者：徐慧慧北京理工大学

学位级别：硕士

随着发动机强化水平不断地提高,活塞需要承受极大的热负荷,由此导致活塞会出现失效问题,严重影响了发动机的工作可靠性。因此需要减少活塞的散热量并对活塞中热流的传递进行控制规划,使各部位温度在合理的范围内,降低活塞热负荷,延长发... 详细信息

随着发动机强化水平不断地提高,活塞需要承受极大的热负荷,由此导致活塞会出现失效问题,严重影响了发动机的工作可靠性。因此需要减少活塞的散热量并对活塞中热流的传递进行控制规划,使各部位温度在合理的范围内,降低活塞热负荷,延长发动机使用寿命。本文以高强化柴油机活塞为模型,通过改变活塞顶部材料、增加空气腔和隔热片等隔热手段,对活塞的热流量进行控制研究。主要内容如下:为进行活塞温度、热流状态的研究,首先利用内燃机性能仿真软件Ricardo-Wave,研究壁面温度升高对换热系数、充量系数以及着火延迟期的影响规律,进而使用内燃机性能仿真模型计算活塞顶面平均温度、换热系数等随曲轴转角的变化曲线,结合经验公式,计算得到活塞的换热边界条件。计算不同隔热组合方案的温度场并将结果进行对比分析,最终确定使用钢顶、隔热片以及空气腔相结合的复合隔热方式。与全铝活塞相比,复合隔热活塞的温度场变化明显,顶部温度梯度变大,最高温度增加330℃以上,活塞主体温度在290℃以下,铝合金材料得到较好保护。隔热片放置在第一环槽上方,可以阻隔热量直接传递,降低第一环槽工作温度。空气腔设置在活塞顶背侧,控制热流方向并降低活塞质量。研究活塞中关键隔热影响参数对温度场的影响规律,得到结论有:(1)顶部材料对活塞整体温度场具有较大的影响,钛合金作为顶部材料隔热效果尤为明显。(2)活塞顶部增厚会导致活塞最高温度降低,表明空气隔热效果良好,顶部热流方向主要为径向传递。(3)活塞最高温度随着隔热片中陶瓷成分的增加而升高。从多个方面对活塞各关键部位的温度阀值进行研究。主要包括:活塞散热量、第一环槽润滑油结焦温度、活塞质量、裙部摩擦力、顶部材料的高温强度、不同材料间的接触面配合、裙部配缸间隙。利用多目标优化的方法,构建活塞热流整体满意度评价模型。利用此模型对研究的各隔热组合方案进行满意度评价。根据正交法分析的结果优化活塞结构,得到三种较为合理的热流分配活塞。在此基础上,考虑活塞实际工况下的使用和加工工艺要求,优化活塞顶部燃烧室和内部接触面,确定最终的复合隔热结构活塞,满意度为0.69,较初始结构提高0.12。

关键词：热流控制隔热参数活塞温度场满意度

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超轻钛合金活塞整体结构设计研究

超轻钛合金活塞整体结构设计研究

作者：高艳菲北京理工大学

学位级别：硕士

随着柴油机的转速、压缩比和升功率不断提高,柴油机的热负荷不断增加,气缸内受热零件,尤其是活塞所承受的热负荷大幅度增高,导致活塞高温失效频繁发生。本文主要目的是设计超轻活塞,针对高强化柴油机活塞,采用钛合金材料,并依据材料特... 详细信息

随着柴油机的转速、压缩比和升功率不断提高,柴油机的热负荷不断增加,气缸内受热零件,尤其是活塞所承受的热负荷大幅度增高,导致活塞高温失效频繁发生。本文主要目的是设计超轻活塞,针对高强化柴油机活塞,采用钛合金材料,并依据材料特性大胆设计新型的活塞结构,减轻活塞重量。从活塞材料角度,在发动机高强化程度下,铝合金材料已经基本失去承载能力,无法满足活塞的可靠性要求。因此,尝试采用钛合金活塞,充分考虑钛合金材料比重小,比强度高,耐蚀,耐高温等特点,设计一种新型的短型结构活塞。活塞具有短裙部,两道环槽,低压缩高度,冷却油腔等。为了进行活塞温度、应力、应变状态分析,本文采用Ricardo-Wave进行性能仿真分析,得到初始边界条件,根据条件进行活塞有限元仿真计算,得到活塞的温度场和应力场。根据上述结果反复修正活塞结构,提出冷却方案。由于活塞裙部缩短,势必造成活塞的运动、磨损、导向性等变化。针对该问题需要研究活塞与气缸壁之间的间隙和裙部型线,使之既不因间隙过大而产生敲击,又不因间隙过小而卡住。针对结构特点,确定加工方案和工艺流程,加工制作新活塞。基于上述研究成果,针对新活塞材料特性设计了短型活塞,及相应的新结构。结果表明,设计的新活塞符合高温、高压特性。

关键词：柴油机活塞结构温度场应力场配缸间隙

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排气歧管的热应力缓解技术研究

排气歧管的热应力缓解技术研究

作者：李哲琨北京理工大学

学位级别：硕士

随着柴油机强化程度的不断提高，其关键零部件的热负荷也随之不断增加。排气歧管是柴油机的主要受热件，与高速高温废气直接接触，工作环境恶劣，工作热负荷大，传统的排气歧管设计方法已经很难满足高强化柴油机排气歧管的可靠性要求，... 详细信息

随着柴油机强化程度的不断提高，其关键零部件的热负荷也随之不断增加。排气歧管是柴油机的主要受热件，与高速高温废气直接接触，工作环境恶劣，工作热负荷大，传统的排气歧管设计方法已经很难满足高强化柴油机排气歧管的可靠性要求，本文针对排气歧管在热强度分析中出现的局部热应力集中的问题，从解除高应力区域热变形约束的角度入手，研究排气歧管的热应力缓解技术，为高强化柴油机排气歧管的设计提供指导和依据。本文的主要研究内容和结论如下：1．为了更加准确地模拟排气系统各部件间的传热及装配作用，建立排气系统装配体的有限元分析模型，根据经验公式确定排气系统各部件的热边界条件，并利用试验所测得的温度场对计算结果进行了调整和修正，然后以修正后的温度场作为热载荷，通过网格收敛性分析确定了合适的网格尺寸，计算排气歧管在热负荷工况和热机耦合工况下的应力场。并研究了常温线弹性模型、常温弹塑性模型及考虑温度影响的弹塑性模型等不同材料模型对排气歧管计算分析的影响，得到了非线性因素的处理原则。研究结果表明排气歧管出口法兰螺栓孔处和弯曲部位为主要的危险区域，需要采取相应措施来缓解危险区域的热应力。2．建立法兰螺栓连接结构的局部模型，以减小法兰胀缩方向的刚度为原则，对法兰的热结构进行改进设计，确立两种新型法兰结构，通过分析两种结构的应力分布来评价其各自的优劣性和热应力缓解效果，经过对比分析，改进结构2更符合排气歧管出口法兰的实际改进需求，其使得歧管的最大应力降低了9.8%，螺栓孔处的最大应力的降幅更是高达26.7%，其中螺栓孔在其轴线方向的热约束缓解程度最大，达到11%。可以说明，采用空心结构可以有效地缓解法兰处的热应力，具有一定的实际应用价值。3．针对排气歧管弯曲部位应力较大的情况，研究了排气歧管热应力的主要影响因素及相关规律，并主要从结构角度提出缓解排气歧管支管处热应力的技术措施。研究结果表明，通过改变排气歧管的弯曲半径、壁厚、法兰结构、缸盖刚度及开应力释放槽这5种因素均能对缓解支管处热应力起到一定的效果，为排气歧管的设计提供了相关依据。

关键词：排气歧管热应力法兰支管弯曲部位热变形约束

基于Zigbee技术的活塞顶面瞬态温度测试技术研究

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基于Zigbee技术的活塞顶面瞬态温度测试技术研究

作者：郦绍光北京理工大学

学位级别：硕士

对于高速往复运动的活塞顶面瞬态温度测试中最大的难度在于温度数据如何传输至缸外。本文设计的基于Zigbee无线通信技术的瞬态温度采集系统能够较好的解决这一问题。本文借鉴先前比较成功的蓝牙遥测方式,红外遥测方式以及储测方式的经验... 详细信息

对于高速往复运动的活塞顶面瞬态温度测试中最大的难度在于温度数据如何传输至缸外。本文设计的基于Zigbee无线通信技术的瞬态温度采集系统能够较好的解决这一问题。本文借鉴先前比较成功的蓝牙遥测方式,红外遥测方式以及储测方式的经验,分析三种测试手段的优缺点,最终确定Zigbee作为测试方案的无线通信方式。该方案中热电偶信号经冷端补偿电路和信号调理电路处理后,由单片机内置高速AD转换器转换成数字信号后保存至F-RAM存储器中,然后通过Zigbee无线发射模块将温度数据以数据包的形式发送至缸外。通过对硬件电路与软件策略的优化使采样频率提高至98kHz。自定义了上下位机之间的通信协议实现了两者之间的双向通信,实现对采集系统的工作状态的实时监测与控制。此外新系统在工作稳定性与可靠性、微功耗方面等都有所改进。所设计的系统在云内4100QB-2柴油机上进行了实机试验验证。实验结果表明在相同扭矩下,随着转速的提升,燃烧持续期内的温度波动幅值会呈现下降趋势;在相同转速下,随着扭矩的提升,燃烧持续期外的平均温度以及持续期内的温度波动幅值都会增加。此结果与国外用四连杆引线机构所测的活塞顶面瞬态温度变化规律及理论分析吻合,验证了该系统具有较好的可靠性与较高的测试精度。同时论文中也对试验过程中暴露的问题进行分析,并提出了改进的意见。

关键词： Zigbee 瞬态温度遥测温度测量

复合隔热活塞气隙隔热机理研究及整体结构设计

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复合隔热活塞气隙隔热机理研究及整体结构设计

作者：赵冠华北京理工大学

学位级别：硕士

随着柴油机强化水平的不断提高,活塞等零部件所受到的热负荷等问题日益突出,容易出现活塞头部、环槽等位置的失效问题,严重影响着柴油机活塞的工作可靠性。本文以某150柴油机活塞为基本模型,考虑隔热陶瓷片、空气隙、铸铁镶圈等隔热手段... 详细信息

随着柴油机强化水平的不断提高,活塞等零部件所受到的热负荷等问题日益突出,容易出现活塞头部、环槽等位置的失效问题,严重影响着柴油机活塞的工作可靠性。本文以某150柴油机活塞为基本模型,考虑隔热陶瓷片、空气隙、铸铁镶圈等隔热手段,设计出新型复合隔热形式的活塞。对复合隔热活塞进行几何建模并通过有限元法进行仿真计算,分析活塞关键区域的热强度并进行结构的优化设计,提出改进措施。此外,还对其他活塞头部隔热方法进行了研究。为进行活塞温度、应力、热变形状态分析,本文首先进行了柴油机性能仿真计算,得到活塞顶燃气平均温度、平均换热系数等数据,据此计算活塞的换热边界条件;根据活塞动力学分析得到螺栓所需预紧力、往复惯性力,得到活塞受力边界条件。为得到隔热活塞空气腔的换热边界条件,结合理论研究和CFD数值模拟的方法,对隔热活塞内空气隙的换热机制、换热系数、流动与换热特性进行研究分析,发现空气腔壁面换热系数可达20～30 W/(m2?K),为活塞空气腔部位提供热边界条件。通过有限元计算得到活塞温度场及应力场,可以发现:复合隔热结构活塞头部温度高、梯度大,而隔热陶瓷片以下部位温度相对较低,得到了很好的热保护;由于各组件材料不同,在受热条件下会出现变形不协调,使活塞中的高应力区出现在组件间的接触面上。改变活塞关键部位结构参数对活塞进行优化,分析发现:第一环槽的轴向位置对活塞整体影响很小;增大陶瓷片内径,使其与钢顶轴向接触面存在一定间隙,可减小陶瓷片整体的应力水平;对陶瓷片隔热层进行局部异型,提出有效降低其应力的措施。对功能梯度材料隔热片及钛顶形式的隔热活塞特性进行研究,分析发现:功能梯度材料隔热效果不及陶瓷,但对于缓解接触面变形不协调有显著作用;钛顶铝裙活塞可在满足隔热要求的前提下简化活塞结构,但钛合金与铝合金物性参数差异较大,使得接触面上的变形不协调。两种方式都具备一定的可行性,但需根据应力场特点进行细节优化。

关键词：隔热活塞空气隙陶瓷隔热组合活塞结构设计

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船用柴油机活塞冷却油腔振荡传热特性分析

船用柴油机活塞冷却油腔振荡传热特性分析

作者：陈浩翰北京理工大学

学位级别：硕士

船用柴油机相较于车用柴油机,有转速低、零部件转动惯量大、运动件摩擦磨损大、油膜润滑困难以及燃烧室零部件冷却困难等特点。其中低速大功率柴油机活塞的热负荷过高,散热不当易出现活塞烧蚀、热裂、机油结焦甚至拉缸等问题。低速柴油... 详细信息

船用柴油机相较于车用柴油机,有转速低、零部件转动惯量大、运动件摩擦磨损大、油膜润滑困难以及燃烧室零部件冷却困难等特点。其中低速大功率柴油机活塞的热负荷过高,散热不当易出现活塞烧蚀、热裂、机油结焦甚至拉缸等问题。低速柴油机解决活塞冷却问题常采用组合活塞内冷却油腔的设计。准确地评估油腔的振荡冷却过程及影响因素对活塞设计具有重要的意义。本文对低速大功率柴油机活塞振荡传热问题进行了研究,主要内容如下:为进行低速大功率柴油机组合活塞大型冷却油腔在往复振荡过程中的流动传热特性研究,本文首先进行了冷却油腔建模、网格划分及网格无关性验证。分析了冷却机油振荡传热机理,对机油两相流动物理过程进行了相关的简化。通过模型对比,挑选了适应计算精度及计算时间成本的湍流计算模型及CLSVOF两相流模型。针对具有双内冷却油腔的大型冷却油腔流动传热过程进行了数值计算分析,研究了发动机中低转速条件下,转速及冷却机油入口流量对流动传热特性的影响。研究发现低速柴油机的冷却油腔在工作过程中,油腔充油率水平较高一般在0.8左右。内外冷却油腔的机油流动传热特点有一定差别,内冷却油腔的往复振荡换热强度要低于外冷却油腔。在低转速下,大型冷却油腔总的换热主要受充油率影响。冷却机油入口流量一定时,随着发动机转速增加充油率下降,油腔换热量减少。外冷却油腔机油往复振荡强度较强,受发动机转速和油腔充油率两方面的影响,壁面换热量随着转速的增加先减小后增大。本文还针对内外冷却油腔连通管道数量及管道直径、出油口高度及出口直径,利用正交设计试验进行冷却油腔结构参数的显著性分析。发现影响流动传热效率的主要几何因素为连通管道数量及直径。根据仿真计算结果拟合得到适用于低速柴油机外冷却油腔振荡传热的无量纲关联式,此关联式考虑了充油率、入流机油流量对振荡传热的影响。本文还针对实际低速大功率柴油机组合活塞的振荡冷却过程进行了研究,获得了具有分隔式小腔室油腔的流动传热特性。为进行活塞温度场计算,进行了活塞顶、活塞环槽区域边界条件计算,综合油腔壁面换热边界条件建立了活塞温度场有限元分析模型获得了组合活塞较为准确的温度分布。根据计算得到的活塞温度场及油腔结构参数正交设计试验的分析,对冷却油腔结构进行了优化,增加了连通管道的数量。进一步流动传热研究,发现油腔的振荡冷却效率增加。通过活塞温度场有限元分析,发现油腔结构优化后活塞热负荷得到了改善,活塞喉口最高温度降低了18.26度。

关键词：振荡冷却组合活塞结构优化活塞温度场