大型柴油機氣缸系統(tǒng)流場-熱-機耦合場非線性三維有限元分析.pdf

1、在大型艦艇用柴油發(fā)動機的研制過程中，柴油機的性能指標容易達到設(shè)計要求，但其使用壽命和工作可靠性難以達到預期目標，尤其是氣缸系統(tǒng)及其零部件在工作過程中會由于外載荷的作用而發(fā)生破壞。 氣缸系統(tǒng)是對柴油機性能影響最大的關(guān)鍵部位，也是柴油機中工作條件最為惡劣的部位。氣缸系統(tǒng)在柴油機工作時承受螺栓預緊力以及燃氣的高溫高壓作用，并由于缸蓋等部件幾何形狀十分復雜，氣缸系統(tǒng)中各零部件的熱應(yīng)力和機械應(yīng)力分布很不均勻，缸蓋和缸套等部件很容易發(fā)生破壞

2、，因此，分析氣缸系統(tǒng)在外載荷作用下的溫度場、應(yīng)力場和變形情況對優(yōu)化柴油機設(shè)計具有重要意義。 本文首先綜述了船用柴油機的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢，對CAE技術(shù)在發(fā)動機設(shè)計中的應(yīng)用做了介紹，主要分析和討論了CFD分析技術(shù)和熱一機耦合分析方法在發(fā)動機分析中的應(yīng)用。 根據(jù)第七——研究所提供的圖紙，采用Unigraphics軟件建立了氣缸系統(tǒng)各部件的三維實體模型，包括缸蓋、缸套、機體、螺栓、水套和墊片，使用MSC.Patran建立了熱-機耦

3、合分析所需的固體域網(wǎng)格，使用Gambit建立了CFD分析所需的流體域網(wǎng)格。 基于計算流體動力學(CFD)中關(guān)于氣體運動的控制方程和k-ε湍流模型，并在Gambit建立的流體網(wǎng)格基礎(chǔ)上，使用CFD軟件FLUENVT對柴油機的進排氣道進行了流場分析，得到了氣道內(nèi)的溫度場。 根據(jù)計算的氣道溫度場結(jié)果，確定了缸蓋和缸套溫度分析的第三類邊界條件，對缸蓋和缸套進行了熱傳導分析，得到了符合實際工程經(jīng)驗的溫度場。 將計算得到的溫