柴油機氣缸蓋熱-流-固耦合分析及結構改進措施研究.pdf

1、氣缸蓋作為柴油機的核心構件，是承受載荷最大的構件中的一個，也是燃燒室的關鍵組成部分，其結構和形狀都比較復雜。氣缸蓋工作時所處的環(huán)境比較嚴峻，不僅受到高溫氣體的熱負荷作用，而且也受到來自螺栓預緊力對其的應力作用。由于高溫燃氣對缸蓋的加熱作用和冷卻液對其的冷卻作用不是很均勻，這樣使得缸蓋的某些高溫部位不能得到很好的冷卻，出現(xiàn)缸蓋過熱等現(xiàn)象，影響其正常的工作。所以，對氣缸蓋在機械負荷和熱負荷下進行分析研究，探討其改進措施具有非常重要的現(xiàn)實意義

2、。因此，本文在計算流體體力學理論、熱傳導理論、熱應力理論和接觸理論的基礎上對缸蓋進行多場耦合有限元仿真計算。首先在ANSYS-CFX軟件中以缸蓋及其內(nèi)部的冷卻液組合體為研究對象進行流-固耦合計算，根據(jù)計算結果對各部分的溫度場以及流場的分布進行分析，為其內(nèi)腔流道結構改進提供參考。其次采用有限元方法對缸蓋在不同工況下進行數(shù)值模擬計算，根據(jù)計算結果對缸蓋在不同工況下的應力狀態(tài)進行分析，進而確定其應力集中的位置，進而明確其工作時的承載情況。最后

3、根據(jù)缸蓋在不同工況下的有限元仿真結果，對其結構進行改進措施探討。具體實施過程及分析結論如下:
　　(1)采用ANSYS-CFX軟件以氣缸蓋和其內(nèi)部的冷卻液為研究對象進行了流固耦合計算，而且針對溫度場以及流場對其各部分的影響進行了分析，通過分析可知:缸蓋內(nèi)的冷卻液在排氣道附近、排氣道的鼻梁區(qū)的冷卻液流速最低，而排氣道排出的高溫燃氣的溫度會使得缸蓋在此處的溫度升高，此處不能合理的冷卻會影響缸蓋的正常工作，因此應該對排氣道附近的結構進行

4、適當改進，以促進冷卻液在此處的流速增大，提高此處的冷卻效果;排氣道及其附近的鼻梁區(qū)的流速過低，冷卻液流量小，不能很好地對排氣道附近區(qū)域進行冷卻，所以導致排氣道處的溫度過高。而缸蓋的冷卻液只對靠近進氣道的缸蓋火力面的附近進行了冷卻，而對排氣道附近的火力面附近冷卻效果卻很差，這會使得排氣道處的火力面附近出現(xiàn)高溫現(xiàn)象。
　　(2)通過對缸蓋的應力場進行分析可知，缸蓋在其螺栓的凸臺邊緣處、排氣道的鼻梁區(qū)附近、缸蓋內(nèi)部水腔的圓角處容易引起應

5、力集中現(xiàn)象。
　　(3)根據(jù)缸蓋在其螺栓的凸臺邊緣處、排氣道的鼻梁區(qū)附近、缸蓋內(nèi)部水腔的圓角處容易引起應力集中現(xiàn)象。通過缸蓋的不同細節(jié)對其影響程度的不同，提出四種相應的改進方法，分別為:增大缸蓋上水孔的直徑、降低缸蓋底面的厚度、增大缸蓋上水孔直徑的同時降低其底面的厚度、缸蓋底面加工卸載槽，以達到加強缸蓋冷卻效果和減低由應力集中引起的疲勞破壞的目的，所得結論如下:增大缸蓋的上水孔直徑和增大上水孔直徑的同時減薄缸蓋底面的火力面所在面板