高强化柴油机缸盖火力面温度预测模型研究

作     者：王桦彬 

作者单位：华中科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王兆文

授予年度：2016年

学科分类：080703[工学-动力机械及工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：强化柴油机 热网络法 气缸盖 数学模型 火力面温度 

摘      要：由于社会发展与国防建设的需要,军用柴油机强化程度越来越高,故气缸盖热负荷越来越大,其火力面热裂问题频繁发生,气缸盖可靠性与耐久性的问题日益严重。实现气缸盖火力面温度场的实时监控与冷却优化,刻不容缓。气缸盖火力面温度难以测量,而外侧温度却容易测量和实现实时监测。因此,通过热网络模型,建立起气缸盖火力面温度与外侧温度之间的联系,利用测量外侧温度反推出火力面上的温度,就可以实时了解气缸盖火力面的温度情况,实现实时监控与冷却优化,提高柴油机的耐久性与可靠性,这具有十分重要的应用价值。本文采用试验、三维流固耦合数值模拟与热网络数学建模三者结合的方法,研究气缸盖火力面温度场分布,建立起热网络模型,其主要工作内容及结论如下:首先,本文进行气缸盖热负荷试验,分别进行2100r/min,1900r/min,1700r/min,1500 r/min和1300 r/min转速下满负荷试验,测得每个工况下特定21个点的温度值以及其他工况参数和冷却系统的工作参数。其次,本文利用AVLIRE软件进行该型柴油机气缸盖与冷却水套的流固耦合数值模拟,根据模拟得到的温度场与试验测得的数据进行对比,结果表明实验测得的温度与模拟得到的温度之间误差均小于5%,两者数据可靠,可作为数学建模基础。然后,本文利用2100 r/min至1500 r/min工况下的模拟数据进行了热网络建模工作,并实现参数化。选择三种不同的传热路径,进行数值计算,表明不同工况下气缸盖整体传热稳定,波动较小。根据得到的关系式,利用1300 r/min工况下的数据进行标定,结果表明三种方案得到的计算值与模拟值的拟合程度很高,误差均很小。而方案三的误差更小,数据利用率更高,抗干扰能力更强,故一般选取方案三作为传热路径选取的方案。最后,在已有的热网络模型基础上进行拓宽,选择综合传热路径的方案进行计算。结果表明拓宽模型得到的计算值与模拟值的拟合程度非常好,其气缸盖底部温度场分布更加完善,测量点便于测量,稳定性加强。