船用柴油機(jī)活塞瞬態(tài)溫度場(chǎng)測(cè)試與分析研究.pdf

1、在柴油機(jī)工作時(shí)，燃燒室周?chē)考邷馗邏喝細(xì)庵苯咏佑|。燃?xì)馀c燃燒室壁面之間的熱交換特性直接影響缸內(nèi)工作過(guò)程、熱效率、排放特性和熱強(qiáng)度。溫度場(chǎng)作為評(píng)價(jià)傳熱特性的主要參數(shù)，是燃燒室結(jié)構(gòu)、冷卻系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。通過(guò)對(duì)燃燒室各組成部件瞬態(tài)溫度場(chǎng)的數(shù)值模擬與試驗(yàn)研究，能夠掌握仿真計(jì)算與動(dòng)態(tài)測(cè)試的方法，準(zhǔn)確描述和分析柴油機(jī)傳熱的微觀機(jī)理與熱流分布，提升燃燒室周?chē)P(guān)鍵部件的性能分析及評(píng)估能力。在燃燒室周?chē)考?，活塞是運(yùn)動(dòng)件，其溫度場(chǎng)的仿

2、真計(jì)算與試驗(yàn)測(cè)試的難度也最大，具有代表性。本文以活塞作為研究對(duì)象，完成了活塞瞬態(tài)溫度場(chǎng)的數(shù)值模擬計(jì)算、仿真精度影響因素分析、高動(dòng)態(tài)響應(yīng)溫度傳感器研制、實(shí)時(shí)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)開(kāi)發(fā)及三維瞬態(tài)數(shù)值模擬邊界條件確定方法等五項(xiàng)研究?jī)?nèi)容。
　　1）建立活塞三維瞬態(tài)溫度場(chǎng)數(shù)值仿真計(jì)算模型，并以620單缸機(jī)活塞為具體研究對(duì)象，深入分析了活塞瞬態(tài)溫度場(chǎng)的特點(diǎn)。分析表明活塞的瞬態(tài)溫度場(chǎng)的溫度波動(dòng)區(qū)主要集中在同燃?xì)饨佑|的表面，活塞內(nèi)部溫度劇烈波動(dòng)區(qū)發(fā)生在

3、距離活塞表面2mm距離內(nèi)，在此區(qū)域內(nèi)瞬時(shí)溫度變化率峰值最高可以達(dá)到25℃/ms。
　　2）深入分析了燃?xì)馀c活塞壁面的熱交換系數(shù)、活塞環(huán)組與缸套的換熱系數(shù)、冷卻腔的換熱系數(shù)對(duì)數(shù)值模擬計(jì)算精度的影響。選取活塞燃?xì)鈧?cè)特征點(diǎn)、環(huán)區(qū)特征點(diǎn)、冷卻腔區(qū)特征點(diǎn)的溫度作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，采用相關(guān)分析方法研究了數(shù)值模擬過(guò)程中各關(guān)鍵參數(shù)及邊界條件對(duì)模擬結(jié)果的影響程度，進(jìn)一步明確了提高活塞瞬態(tài)溫度場(chǎng)數(shù)值模擬與試驗(yàn)研究的研究重點(diǎn)及技術(shù)要求。
　　3）根據(jù)活

4、塞瞬態(tài)溫度場(chǎng)的特點(diǎn)及數(shù)值模擬的精度驗(yàn)證要求，開(kāi)發(fā)了以高動(dòng)態(tài)響應(yīng)溫度傳感器和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸系統(tǒng)為特征的溫度場(chǎng)測(cè)試系統(tǒng)。通過(guò)深入分析薄膜熱電偶的工作機(jī)理，研制了高動(dòng)態(tài)響應(yīng)測(cè)溫元件，并通過(guò)開(kāi)發(fā)專(zhuān)用的激光高能量短脈沖標(biāo)定系統(tǒng)完成系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)標(biāo)定。開(kāi)發(fā)了缸內(nèi)無(wú)線實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了曲軸轉(zhuǎn)角分辨率優(yōu)于10CA的動(dòng)態(tài)溫度場(chǎng)實(shí)時(shí)測(cè)量。
　　4）采用自行研制開(kāi)發(fā)的瞬態(tài)溫度場(chǎng)測(cè)試系統(tǒng)在620單缸機(jī)試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行了活塞溫度場(chǎng)的實(shí)測(cè)驗(yàn)證，取得了活塞溫度

5、場(chǎng)關(guān)鍵點(diǎn)的動(dòng)態(tài)溫度數(shù)據(jù)，通過(guò)測(cè)試結(jié)果與數(shù)值模擬的對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)采用經(jīng)驗(yàn)公式作為數(shù)值模擬的邊界條件無(wú)法保證計(jì)算精度，某些特征點(diǎn)的動(dòng)態(tài)溫度計(jì)算誤差超過(guò)10％。主要原因是現(xiàn)有的任何經(jīng)驗(yàn)公式都無(wú)法準(zhǔn)確描述活塞燃?xì)鈧?cè)的換熱系數(shù)，不同區(qū)域的換熱系數(shù)的數(shù)值甚至相差幾倍，表明采用動(dòng)態(tài)溫度測(cè)試系統(tǒng)對(duì)相關(guān)邊界條件進(jìn)行測(cè)試修正是完全必要的。
　　5）利用所研制的缸內(nèi)瞬態(tài)溫度測(cè)量系統(tǒng)的精確測(cè)量結(jié)果，設(shè)計(jì)了基于反求法的邊界條件修正算法，并驗(yàn)證了修正方法的可