OPOC發(fā)動(dòng)機(jī)活塞熱負(fù)荷研究.pdf

1、目前發(fā)動(dòng)機(jī)正朝著高功率密度、高可靠性、低油耗以及低排放的方向發(fā)展，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)熱負(fù)荷大幅度提高。而活塞作為發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵零部件之一，其可靠性會(huì)直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的整體性能，并且活塞的工作環(huán)境異常惡劣，在工作過程中活塞頂面始終受到高溫燃?xì)獾闹芷谛宰饔?，所以活塞頂部往往承受很高的熱?fù)荷。為了保證活塞能夠安全可靠的工作，必須對(duì)活塞進(jìn)行有效的冷卻，而活塞噴油強(qiáng)制振蕩冷卻是目前應(yīng)用最廣泛的冷卻方式，對(duì)活塞內(nèi)冷油腔中冷卻機(jī)油的流動(dòng)與傳熱特性研究不僅能夠?yàn)閮?nèi)

2、冷油腔的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)，而且可以為活塞的熱負(fù)荷計(jì)算提供相對(duì)精確的傳熱邊界條件。
　　本文以帶有內(nèi)冷油腔的某水平雙對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)活塞為研究對(duì)象，采用CFD數(shù)值模擬的方法對(duì)活塞內(nèi)冷油腔中冷卻機(jī)油的流動(dòng)與傳熱特性進(jìn)行了分析，并通過試驗(yàn)與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法對(duì)不同轉(zhuǎn)速工況下活塞的溫度場(chǎng)進(jìn)行了研究，具體內(nèi)容包括:
　　(1)選用VOF兩相流模型與動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)并利用CFD軟件對(duì)內(nèi)冷油腔中冷卻機(jī)油的流動(dòng)傳熱特性進(jìn)行研究，模擬分析了發(fā)動(dòng)機(jī)在某一

3、特定工況下油腔壁面的瞬態(tài)機(jī)油分布情況、瞬態(tài)換熱系數(shù)分布情況，油腔不同壁面位置（上表面、中間內(nèi)側(cè)面、中間外側(cè)面、下表面）處的換熱系數(shù)、整個(gè)油腔的壁面換熱系數(shù)以及機(jī)油填充率隨曲軸轉(zhuǎn)角的瞬態(tài)變化趨勢(shì)，最后研究了壁面平均換熱系數(shù)在油腔圓周方向上的變化趨勢(shì)以及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的改變對(duì)冷卻機(jī)油瞬態(tài)傳熱特性所產(chǎn)生的影響。
　　(2)采用存儲(chǔ)式活塞測(cè)溫系統(tǒng)在整機(jī)試驗(yàn)臺(tái)架上對(duì)活塞頂部五個(gè)關(guān)鍵位置處的溫度值進(jìn)行了測(cè)量，得到了測(cè)溫點(diǎn)處的溫度隨不同發(fā)動(dòng)機(jī)工況變

4、化的動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線和各測(cè)點(diǎn)在穩(wěn)態(tài)工況運(yùn)行時(shí)的溫度值，為研究活塞熱負(fù)荷以及更為精確地修正溫度場(chǎng)計(jì)算模型提供了依據(jù)。
　　(3)采用GT-POWER軟件對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)熱力循環(huán)過程進(jìn)行模擬，得到了各工況下活塞頂面瞬時(shí)換熱系數(shù)和瞬時(shí)溫度，然后結(jié)合經(jīng)驗(yàn)公式確定活塞頂面的穩(wěn)態(tài)傳熱邊界條件;同時(shí)，根據(jù)內(nèi)冷油腔中冷卻機(jī)油的CFD模擬計(jì)算和經(jīng)驗(yàn)公式確定活塞內(nèi)冷油腔和其余部位的傳熱邊界條件;最后利用ABAQUS有限元計(jì)算軟件對(duì)各工況下的溫度場(chǎng)進(jìn)行計(jì)算，并