基于有限元的活塞组摩擦产热计算分析

基于有限元方法建立了活塞组摩擦产热计算模型,通过发动机工作过程的计算得到了活塞组摩擦产热计算所需的运动学和动力学边界。以某12缸增压柴油机为研究对象,计算得到了标定工况下其活塞组瞬时摩擦力及瞬时摩擦产热功率随曲轴转角的变化,活塞组平均摩擦产热总功率及其在活塞环、活塞裙部、气缸套的分配,以及活塞组摩擦产热所导致的活塞组、气缸套温升情况,计算分析了转速和负荷对活塞组摩擦产热的影响。     

基于GT-Suite的活塞环-缸套摩擦特性研究

以活塞环-缸套为研究对象,利用GT-Suite软件建立了活塞环-缸套摩擦模型,将摩擦、润滑和动力学三者耦合起来,同时考虑了活塞环和缸套的扭曲变形、接触表面粗糙度等因素,计算分析标定工况下活塞环-缸套的油膜厚度、油压分布、摩擦力和摩擦功耗。着重分析了不同润滑油温和不同转速条件下第一环油膜厚度和摩擦功耗,结果表明:第一道活塞环处润滑效果差、摩擦功耗高;随着油温升高,油膜厚度显著减少,同时摩擦功耗显著减少,综合考虑润滑和摩擦功耗,发现油温在80~90℃时摩擦特性较为理想;随着转速提高,油膜厚度增加,同时摩擦功耗增加,转速对油膜厚度影响较小,对摩擦功耗有显著影响。     

基于一阶法的活塞温度场分析与优化研究

通过柴油机工作过程模型及各区域传热系数经验公式确定了活塞温度场计算的边界条件,结合一阶优化算法应用有限元软件计算分析了标定工况下该活塞的温度场分布,并通过试验数据验证了计算方法的可行性.应用此方法预测分析了柴油机最大扭矩工况下活塞的温度场分布,结合两种工况下的计算结果对活塞顶进行了优化改进,并对改进后的活塞温度场进行了仿真计算,结果显示改进后活塞的温度场基本保持稳定且消除了结构原因造成的局部温度梯度偏大的问题.     

基于瞬态分析的柴油机活塞疲劳寿命预测

以某增压柴油机活塞为研究对象,建立了由曲柄连杆机构和缸套组成的装配体有限元模型,计算了活塞在热载荷、机械载荷和热-机耦合作用下的应力分布,在此基础上将计算得到的热-机耦合应力场作为疲劳载荷,采用名义应力法对活塞进行疲劳寿命计算。结果表明:活塞的短寿命区域出现在活塞销座内侧上部,最低循环次数为8.823×10~7次,折合1 470.5h。从计算结果看,活塞的结构较为合理,能满足柴油机的使用要求。     

高原环境下柴油机冷却系统性能仿真

利用GT-suite软件建立了柴油机工作过程模型和冷却系统模型并进行直接耦合,通过高原模拟台架试验验证了模型的正确性,进而研究了不同海拔外特性工况下柴油机及其冷却系统性能的变化规律。结果表明:海拔每升高1 000m,柴油机出口水温平均升高5.01%,散热量平均减小6.25%,风扇质量流量平均减小11.20%,柴油机功率平均减小3.55%,燃油消耗率平均增加4.67%;该装甲车辆在海拔1 000~2 600 m低转速区和海拔2 600m以上必须降负荷或者提高冷却系统散热能力后使用。最后以柴油机出口水温不超过报警值为目标,计算得到了柴油机最大允许负荷和风扇最小体积流量增幅MAP图,为高原环境下柴油机及其冷却系统匹配和改进提供了参考。     

空气滤清器功率损失计算模型

针对2级滤清式自动抽尘空气滤清器进行了研究,提出了其功率损失计算模型,通过实例计算,说明该模型能够用来模拟空气滤清器所造成的功率损失随发动机工况的变化关系,从而为进一步模拟动力装置效率打下相应的基础。     

装甲车辆动力舱空气流动与传热仿真研究

利用Pro/E软件建立了装甲车辆动力舱三维模型,并将其导入到GT-Cool 3D软件中转化为障碍物。利用GT-Cool 3D软件建立散热器和风扇模型并建立动力舱流动区域,然后将三维模型离散得到一维仿真模型。对标定工况下动力舱空气流动和散热器传热进行了分析,并分析了散热器位置高度对动力舱空气流动与传热的影响。结果显示:动力舱内空气流动不均匀,进气百叶窗、散热器、变速箱等部件对空气流动影响较大;散热器冷却散热能力分布不均匀,前两个流程冷却散热效果较好,第3个流程冷却散热效果较差;散热器高度每增加20 mm,流进散热器的空气流量平均增加0.523 m~3/s,平均增幅为7.32%,散热器的散热量平均增加11.43 kW,平均增幅为3.69%。     

模拟柴油机缸盖水道沸腾传热的实验研究

采用2种装甲车辆常用冷却液(纯水和-35号冷却液),进行模拟柴油机缸盖水套的铸铝水道过冷沸腾传热实验。根据柴油机缸盖内冷却液的工作情况和实验装置的可控条件,对上述2种冷却液分别进行了冷却液不同主流流速(0.4~3m/s)、不同主流温度(75~95℃)和不同系统压力(0.1~0.25MPa)等工况实验。结果表明,不同流体主流流速与温度和系统压力对过冷度有一定的影响,进而对沸腾换热产生显著的影响。降低流速、提高流体主流温度和降低系统压力,均有助于强化沸腾换热效果。与纯水相比,-35号冷却液能较好地适应车辆冬季使用要求,但其饱和温度相对较高,较难出现沸腾换热现象,降低了换热的效果。