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作者:admin 发布::2020-09-06


           南沙高空作业车出租,番禺高空作业车出租,四会高空作业车出租    如何校核优化后的柴油机喷油器的强度?    随着柴油机动力性能的逐渐提升,喷油器头部所承受的热负荷也随之增大。柴油机工作时其燃烧室瞬态温度最高可以达到2000K 左右,42Cr Mo 钢对流换热系数为200-300W/m².K,喷油器热负荷过高可能会导致喷油器头部受热面烧蚀,喷油器热应力主要原因是内流场和燃烧室温差较大受热膨胀不均匀,分析喷油器头部的热应力首先要分析喷油器的温度场分布情况。首先对喷油器温场进行分析,然后建立喷油器头部热-流-固耦合有限元模型,利用Ansys Workbench 软件中顺序耦合法对喷油嘴进行热-流-固耦合分析。通过节点映射法将前面CFD 计算所得的喷油器内部温度分布结果耦合到喷油器有限元结构模型中,从而得到喷油器内外总体温度场分布,然后将前面流体计算时燃油压力边界条件和喷油器的总体温度场分布结果导入到喷油器结构有限元模型中,从而分析得到喷油器所受的热应力。



          1 热力学理论,在众多机械设备中许多零部件都会受到高温的影响。当零部件存在一定的温度差时就会产生热应力。生活中的热胀冷缩现象,就是由于受到热应力而变形的例子。另一方面,热能传递过程中主要有三种方式:热辐射、热对流、热传导。而本文研究的喷油器可以将其简化主要是热对流及热传导两方面。 1 导热方程,由傅里叶定律可知,单位时间内热量的传递与温度差及垂直流动方向的截面面积成正比,综合考虑到能量守恒、傅里叶定律两方面,取任一导热单元六面体,假定单元六面体内部存在热源通过能量守恒定律可知,对于单元六面体在任意的时间间隔里,单元六面体内能量的增量相当于单元体内热源产生的热量和导入的总热量之和再减去散去的总热量。则单元体内能量的增量。 综合以上几点可以得出三维瞬态问题下的传热微分方程。  2 热对流基本定义通过气体或液体的流动来传递热量的方式称作热对流。它是液体或气体中较热区域和较冷区域之间通过循环流动使温度逐渐趋于均匀的一个过程。1,热对流是液体和气5体中传递热量的主要方式。通常有强迫对流、自然对流两种。强迫对流是因为受到外界的影响对流体搅拌而引起的。自然对流则往往因为温度不均匀而造成的。流体经过固体表面时会与固体表面之间发生热量的交换。依据冷却换热公式可知在接触面处的换热量表达式,影响热传导系数的因素有流体的流动状态,流体本身的物理属性等因素。2、对流换热的边界条件分为三种:第一类边界条件:给定换热面某一固定温度值的换热,这时边界上的温度固定或者为某一变量的表通过试验测得固体表面的温度,则可以通过计算得出比较准确的温度场。第二类边界条件:给定边界热流流量,此时边界的热流密度固定或为某一变量变化。通常情况下,喷油器热流量参数很难通过测试方法取得,也难以通过其它方法取得,所以通常不采用第二类边界条件来求解其温度场。第三类边界条件:给定换热交界面上的对流换热系数与具体的换热流体、固体温度。本章主要采用的是第三类边界条件来作为热传导计算的边界条件。



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         2 热-流-固耦合是指由流体、固体以及温度场之间的相互作用。热-流-固耦合问题不单单是在流固耦合问题上增加一个温度变化因素,而是把流场流动、温度场变化的量、结构形变同时当作基本变量。在热-流-固耦合问题中,热应力与流体压力可能会导致固体变形,固体变形与初始边界条件、流体流动导致温度场变化紧密相关。热-流-固耦合求解方式也分为两种,分别是直接求解和间接求解。直接求解就是用ANSYS 中耦合单元,设定好各项参数及边界条件直接求解。热-流-固耦合一般分为两步求解:首先通过给定的边界条件求出流场的温度分布,然后将求解的温度结果通过映射的方式加载到结构上面,由热传导力学分析得出固体所受到的热应力。具体流程图如下:先将建立好的喷油器几何模型导入ANSYS Workbench 几何模块,然后分别用fluent 模块和steady state Thermal 模块、Transient Thermal 模块计算出喷油器内流场温度分布和喷油器处于燃烧室部分的稳态温度及瞬态温度分布,最后将计算后的流场温度结果导入到喷油器结构上算出喷油器所受到的瞬时热应力。





          首先建立喷油器针阀座、喷油嘴的热-流-固耦合分析模型,采用有限元分析软件中的动网格技术来模拟针阀的运动过程,再通过热传导、热对流分析计算喷油器内部温度场,然后利用热-流-固顺序耦合方式将得到的温度场结果加载到喷油器结构上,然后在通过热对流的方式分析计算针阀座处于燃烧室部分的温度场,再结合喷油器内流场映射到针阀座内部的温度从而得到喷油器所受到的热应力大小。通过计算发现喷油器最大热应力分布在喷油孔入口上拐角处,最大值为412Mpa。最后通过喷油器材料疲劳实验得到其疲劳极限下限为766Mpa。由此可知,喷油器所受到的应力低于材料屈服强度1050Mpa 且低于材料疲劳极限下限766Mpa,符合要求。




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