4100QBZ型增压柴油机活塞温度场试验研究及有限元分析

针对4100QBZ型涡轮增压柴油机热负荷高的问题,采用硬度塞测温法实测了4个外特性点工况下活塞头部与侧面共19个特征点的温度,并结合有限元分析方法分析了增压柴油机标定功率工况下活塞三维温度场、热应力场及变形。研究结果表明,4100QBZ型涡轮增压柴油机活塞顶面工作温度随转速的升高而升高,在标定功率工况下活塞表面工作温度最高达368℃;在热负荷作用下,最大Von Mises应力为69.3 MPa,出现在活塞销座与销接触面上方尖角处,最大变形为0.474 mm,出现在活塞头部排气口一侧。     

4100QBZ增压柴油机活塞机械负荷与热负荷耦合分析

针对4100QBZ废气涡轮增压柴油机活塞的机械负荷和热负荷问题,实测了标定功率工况下活塞表面19个特征点的温度和缸内燃烧压力,并结合有限元分析法分析了机械负荷与热负荷共同作用下活塞的耦合应力场与变形.研究结果表明,标定功率工况下,4100QBZ增压柴油机活塞头部表面工作温度最高达367 ℃,缸内最高燃烧压力11.9 MPa,其曲轴转角363.75°CA;在机械负荷和热负荷共同作用下,最大耦合应力125.7 MPa,出现在活塞销座与销接触面上以及销孔上方销座内侧;最大变形0.416mm,出现在活塞头部主推力面上.     

海拔高度对柴油机活塞温度及热负荷的影响

利用研制的存储式活塞稳态温度测量装置对变海拔高度下的活塞多个测点稳态温度进行了测量,以试验测量结果作为标定依据,计算不同海拔高度下的活塞温度场和热机耦合应力,研究活塞热负荷随海拔高度的变化规律.结果表明:在工况一定时,活塞测点温度随海拔高度增加而升高,在海拔高度为3.0 km处,关键测点的最高温度达292℃,比在平原海拔高度高了30℃以上;活塞第一环槽温度也由平原的225℃升高到高海拔处的261℃,已经出现润滑油结焦的情况.活塞应力值和变形受海拔高度影响较大,在高海拔时活塞热应力和热变形明显增大.研究结果可为高原工作的活塞设计、改进和热负荷的控制提供参考.     

柴油机缩口四角ω燃烧室活塞温度场试验研究

针对改进的ZH1105W型柴油机缩口四角ω燃烧系统的热负荷问题,利用热电偶法实测了活塞顶面、侧面和内腔共16个特征点的温度值,并用Ansys软件计算模拟了活塞在标定工况下的温度场。结果表明,活塞顶面工作温度随柴油机转速的升高而升高,在标定工况下活塞顶面工作温度最高达311℃,活塞顶部因位置的不同,温度分布差异较大,排气侧和燃烧室喉口处温度较高,距燃烧室中心越远其温度越低。     

活塞稳态温度与工况关系拟合方案研究

部分负荷工况下的活塞稳态温度是发动机排放的优化计算的重要边界条件。我们对连续工况下活塞稳态温度进行测量,综合分析测试数据,用二次多项式对活塞温度与转速和扭矩的关系进行拟合,计算了中间工况下活塞温度,并就工况选取方案进行研究。结果表明,活塞温度分别随转速与扭矩的增加而呈现明显的增加趋势;二次多项式拟合方法能有效地获得中间工况下的活塞稳态温度,满足大多数工况下的工程计算精度要求,可用于预测未知工况下的活塞稳态温度,也为缸内三维燃烧和排放的活塞侧边界条件的获取提供了有力的支持。选取八个工况点进行拟合最优,拟合工况点应均匀分散,且包含转速与扭矩分别取极限值的四个工况。     

新型喷钼活塞在柴油机上的应用研究

采用氧-乙炔火焰喷钼工艺对活塞表面进行喷钼处理,提高活塞的耐磨性和表面硬度。通过进行台架试验,测量了柴油机采用喷钼活塞时的油耗、功率、扭矩、排温等性能参数,分析喷钼活塞的实际效果。研究结果表明,与原机活塞相比,柴油机采用喷钼活塞后,标定工况点的燃油消耗率下降约2.6%;功率提高5kW,最大扭矩点扭矩提高10N.m;排温下降8℃左右。     

增压中冷柴油机活塞温度场试验研究

为了解4100QBZL型废气涡轮增压中冷柴油机热负荷问题,实测了最大扭矩工况点和标定功率工况点下活塞顶面21个特征点,燃烧室5个特征点,火力岸、环岸和群部10个特征点的温度,并应用Matlab软件对活塞顶部测点的温度值计算模拟得到了活塞顶部的温度场分布和等温线图。结果表明,增压中冷柴油机活塞顶部不同位置的温度分布差异较大,排气侧和燃烧室喉口处温度较高,离燃烧室中心越远其温度越低。     

柴油机活塞温度场试验研究及有限元热分析

对改进的ZH1105W型柴油机缩口四角ω燃烧系统,利用热电偶法实测了标定工况下活塞顶面、侧面和内腔共16个特征点的温度。用Pro/E建立活塞几何模型,选取热结构耦合单元,并对模型网格进行了优化,结合试验值对活塞进行热分析计算,得到活塞三维温度场、热应力场和变形。计算结果表明,在标定工况下,活塞最高温度出现在燃烧室喉部达到310.7℃,最大von Mises热应力出现在排气一侧的回油孔顶部,为68.4 MPa,最大热变形量出现在活塞顶面边缘排气口侧,达到0.328 mm,这为活塞的结构改进和优化提供了依据。     

存储式活塞温度场测量及三维温度场计算

设计一套基于芯片存储的稳定工况活塞温度测量装置,该装置具有测试精度好,系统测量误差达±1℃;测量系统与活塞没有相对运动,可靠性高,大大提高了活塞稳定工况测试效率。在活塞温度测试试验中,隔温减震盒使存储器的环境温度降至90℃之内。根据所测试验结果,利用反算法进行活塞三维温度场的计算,分析了天然气发动机活塞温度随工况的变化。     

进气温度对柴油-天然气双燃料发动机活塞温度及热变形的影响

基于ANSYS以WD615高压共轨柴油机为原型机建立了柴油-天然气双燃料发动机活塞温度场及热机耦合下变形场的分析模型。对不同进气温度下活塞温度场、变形场进行了研究,以改善活塞的热负荷及热机耦合下活塞的变形情况。试验结果表明:在标定工况下,进气温度为375K时,活塞第一环槽的平均温度超过230℃,活塞裙部的变形量超过活塞裙部与缸套间的正常间隙;同时缸内最大压力升高率增加,缸内爆震趋势增大。随着进气温度降低,活塞表面温度、活塞第一环槽的平均温度下降,活塞头部、裙部的变形量减少,活塞的温度及变形量都在合理的范围内,缸内爆震趋势减小。     

高速柴油机活塞温度试验与热力耦合仿真

为改善现代高速、高强化柴油机活塞热负荷高的难题,以算例柴油机实测活塞温度为依据,利用温度拟合法模拟计算得出的温度场与实测结果吻合良好。以活塞、活塞销、连杆和气缸套作为耦合系统,在考虑各组件接触关系的基础上,将计算得出的活塞温度场作为温度载荷与标定工况下的燃烧压力、惯性力等机械载荷进行热力耦合计算,求得活塞在热力耦合作用下位移场分布情况。根据计算结果,对活塞结构做适当改进并进行模拟计算。研究结果表明:改进后活塞最高温度降低26℃,验证了结构改进的合理性,有效降低了高速柴油机活塞的热负荷。     

大功率柴油机缸内传热与热负荷分析研究

在对柴油机缸内燃烧和传热研究的基础上,结合所研究的柴油机缸内高温部件的实际结构,应用GT-POWER软件建立了某型柴油机整机数值仿真模型.通过对标定工况和最大扭矩工况下缸内热流分布以及各高温部件的温度场分析表明:高温燃气与活塞的对流传热量最大,缸套与冷却液的对流传热量远大于缸盖与冷却液的对流传热量;缸套、缸盖、活塞的最高温度在标定工况时均高于最大扭矩工况,进、排气门的最高温度在最大扭矩工况均高于标定工况;在所有缸内高温部件中,排气门头部温度最高,最大扭矩工况时达到813K.     

基于热机耦合的柴油机活塞热应力及疲劳寿命分析

通过建立活塞裙部型线、活塞优化后的燃烧室及内冷油道等的有限元模型,采用PERMAS软件计算了优化后的活塞在标定工况下的温度场和热机耦合应力,分析了活塞的疲劳寿命,并测量了800h热冲击试验后,活塞环槽、活塞外圆尺寸等尺寸和型线的变化情况。结果表明:活塞高温区域主要分布在活塞顶部,最高温度约为301℃,在活塞材料许用范围内;第一环槽的表面平均温度为194℃,低于润滑油结焦温度230℃;增加了20%喷油量时,活塞的表面温度仍可满足设计要求。在活塞受到热机耦合作用时,活塞向主推力面方向倾斜,主推力面受力较大,约为44N/mm2,活塞销座表面最大应力值区域主要分布在后端销孔上侧,约为98N/mm2,应力值均在许用范围内。活塞疲劳寿命最低的部位在活塞燃烧室底部及燃烧室喉口,理论寿命分别为6.9和7.7,800h热冲击试验后,活塞环槽、销孔、活塞环槽底径、活塞外援尺寸等尺寸变化均较小,活塞外圆型线和椭圆型线变化不大,能够满足使用要求。     

250型柴油机活塞温度测试分析

通过采用硬度塞法对250型柴油机活塞标定工况下工作温度进行测试,了解250型柴油机活塞燃烧室及环槽部位温度分布情况,为250型柴油机活塞热负荷分析提供边界条件,为同类型柴油机活塞设计和完善数据库提供帮助.     

过渡工况下柴油机活塞三维温度场的求解

本文利用有限元法计算了柴油机过渡工况下活塞的三维温度场,讨论了有限元法求解非稳态温度场中的一些问题。结合实测活塞温度历程提出了过渡工况下活塞温度及其边界参数的变化模式。文中还利用了有限元前后处理技术,使有限元计算中的单元剖分、编码、数据输入、结果分析、图形输出等方面实现了自动化。为深入进行柴油机零件的计算机辅助分析提供了方便。     

基于热机耦合的国-Ⅴ柴油机活塞强度及变形数值分析

建立了国-Ⅴ柴油机活塞、活塞销、连杆和缸套等的有限元模型;利用非线性有限元软件ABAQUS分别计算了该柴油机活塞在最大热负荷工况下的温度场和热机耦合工况下的变形和应力,确定了活塞的最大热负荷区和最大应力区,并对活塞和缸套的接触应力进行了分析。模拟结果表明:活塞喉口部位承受最大热负荷,其温度为321.6℃,低于活塞材料的极限温度;在热机耦合工况下活塞裙部的最大应力为58MPa、最大变形为0.1mm,都在可接受范围之内;同时,活塞与缸套的最大接触应力为29.4MPa,在许用应力范围内。通过上述对国-Ⅴ柴油机活塞强度及变形的分析,可以判定此活塞结构能够满足设计要求。     

汽轮机复杂套装转子内部应力分析

对核电汽轮机多级共用轮盘复杂套装转子的结构特征、温度环境和力载荷进行了研究,利用Abaqus有限元软件计算了装配套装转子的应力场及稳态运行工况的温度场和应力场,并分析了轮盘与主轴装配过盈量对转子安全运行的影响.结果表明:稳态运行时套装转子表面的最高温度可达250℃,从进口到出口,套装转子温度沿轴向逐渐降低,出口端的最后一个轮盘温度低于70℃;稳态运行工况下离心力载荷和热膨胀对接触面装配应力的影响较为明显;稳态运行时,装配初期过盈量产生的接触面应力减小幅度较大,但仍能保证套装转子在现有过盈量下安全运行.     

基于Ansys的活塞温度场数值模拟研究

基于Pro／E和Ansys软件对改进的ZH1105W型柴油机缩口四角ω燃烧系统,建立了活塞几何模型,并进行了活塞温度场数值模拟计算。结果表明,在额定工况下,活塞最高温度出现在燃烧室喉部达到311℃,第一环槽的最高温度出现在排气侧,达到257℃,内腔最高温度在燃烧室背面,为239℃,这为活塞优化设计提供了依据。     

基于热障涂层的柴油机活塞热分析研究

以某非道路高压共轨柴油机作为研究对象,结合标定工况下活塞温度场试验测试结果,建立了不同厚度的热障涂层活塞有限元仿真分析模型,分析了热障涂层对活塞基体温度场、热应力及热变形分布特点和变化规律的影响.结果表明,热障涂层活塞的最高温度较铝合金活塞最大降幅14.83％;热障涂层活塞的热应力随瓷层厚度的增加而降低,较铝合金活塞有...     

启停运行工况下超超临界机组高压缸平衡活塞区域结构强度与间隙变化分析

以机组运行历史数据为基础,考虑启停及稳态运行中的弹塑性力学和蠕变行为,应用ABAQUS有限元软件分析高压缸平衡活塞区域启停工况下的温度场、应力场及位移场分布,并选取2组节点分析平衡活塞区域启停工况下温度、应力及径向间隙的变化趋势。结果表明:启动过程中应力及径向间隙变化较大,稳态运行与停机过程中应力及径向间隙变化较小;在启动开始阶段平衡活塞中部区域径向间隙最小,但尚未产生碰摩,此径向间隙值可作为平衡活塞区域安全裕度,以供设计参考。