氣體燃料船用主機(jī)預(yù)燃室組件傳熱研究.pdf

1、與傳統(tǒng)動(dòng)力相比，氣體燃料船用主機(jī)在經(jīng)濟(jì)性和有害物排放控制方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，因而近年來(lái)在國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界和工業(yè)界得到高度重視，相關(guān)研究迅猛發(fā)展。為了實(shí)現(xiàn)高效稀薄燃燒，純氣體燃料船用主機(jī)要采用預(yù)燃室結(jié)構(gòu)保證可靠點(diǎn)火，提高點(diǎn)火能量并加快火焰?zhèn)鞑ニ俣?。預(yù)燃室組件的工作條件非常惡劣，在工作過(guò)程中預(yù)燃室組件要承受劇烈的高溫高頻熱負(fù)荷和高頻機(jī)械負(fù)荷作用，因而其可靠性一直是純氣體燃料船用主機(jī)研發(fā)所關(guān)注的關(guān)鍵問(wèn)題之一。為了分析預(yù)燃室組件的熱負(fù)荷狀態(tài)，論文采用

2、流固耦合法對(duì)預(yù)燃室組件進(jìn)行熱分析。
　　首先，應(yīng)用三維CFD軟件對(duì)某型號(hào)中速四沖程純氣體燃料船用主機(jī)的缸內(nèi)工作過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬，分析主燃室和預(yù)燃室缸內(nèi)燃?xì)鉁囟葓?chǎng)的變化歷程，以及預(yù)燃室流固耦合面處的換熱系數(shù)和熱通量，在此基礎(chǔ)上通過(guò)網(wǎng)格映射得到瞬態(tài)溫度場(chǎng)分析所需的三維熱邊界條件。
　　其次，建立預(yù)燃室組件模型，進(jìn)行穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)、瞬態(tài)溫度場(chǎng)分析。首先進(jìn)行穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)計(jì)算，然后將CFD模擬得到的關(guān)鍵表面三維瞬態(tài)熱邊界條件，施加到有限元面

3、單元，進(jìn)而對(duì)預(yù)燃室組件進(jìn)行瞬態(tài)溫度場(chǎng)分析。結(jié)果顯示預(yù)燃室各部位溫度分布及波動(dòng)不同，尤以噴孔表面處溫度波動(dòng)范圍最大。通過(guò)對(duì)預(yù)燃室組件冷啟動(dòng)工況分析，得知啟動(dòng)初期溫度升高趨勢(shì)呈近似指數(shù)變化規(guī)律，劇烈的溫度變化會(huì)增加動(dòng)態(tài)熱疲勞應(yīng)力。
　　最后，在瞬態(tài)溫度場(chǎng)分析基礎(chǔ)上，對(duì)預(yù)燃室組件熱應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行分析;同時(shí)將燃?xì)鈮毫εc熱負(fù)荷耦合計(jì)算，進(jìn)行耦合應(yīng)力場(chǎng)分析，深入了解預(yù)燃室組件的熱應(yīng)力及耦合應(yīng)力分布情況;根據(jù)耦合應(yīng)力場(chǎng)計(jì)算結(jié)果，對(duì)預(yù)燃室關(guān)鍵部位進(jìn)行