发动机排气门传热数值模拟研究分析
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摘要
气门是发动机配气机构的主要组成部件,它也是确保发动机获得良好的经济性能、动力性能、可靠性以及耐久性的重要零件。但是随着发动机结构得到进一步的强化、运行工况的改变等原因,使得发动机气门工作环境恶化,导致气门失效特别是排气门失效成为发动机日益显著的问题。
本文阐述了发动机排气门失效的原因、形式以及现阶段关于发动机排气门失效的研究方法及研究成果。高温的环境将改变材料的组织结构,使得抗疲劳能力下降,使得高温及高热负荷成为造成排气门失效的重要原因之一。本文以Q492汽油发动机为例,运用Matlab软件编程进行发动机缸内工作过程模拟,计算发动机运行示功图及各瞬时传热系数,进行排气门边界条件计算,完成排气门温度及应力分析,提出一种排气门温度传热及变形数值模拟研究方法,并且能使发动机在设计阶段,预测发动机示功图和描述排气门传热及温度场分布情况,从而对相关参数进行更加合理地设定,以减少排气门失效的可能性。同时本文还进行了变工况计算,确定不同工况下的示功图及传热边界条件,进行了传热仿真及分析;改变排气门材料导热系数进行传热仿真及分析,为排气门材料选取提供直观的判断分析;改变发动机工作工质为LPG,保持汽油机计算时的转速、压缩比不变,进行传热仿真及排气门失效情况分析。
Valve as a main element of vavle train mechanism of engine, it plays an important part to make sure that the engine can acquire enough economic performance, power performance, reliability and durability of an engine. But with the further strengthened structure or changed working condition of the engine, the vavle working environment becomes worse. And the failure of engine valve especially exhaust vavle becomes a serious problem.
This paper describes some reasons and forms of losing efficacy of vavle.And it also shows some research methods and results of the losing efficacy of vavle. It shows that high temperature and thermal load are the main reasons of exhaust vavle’s failure problem.
This paper conducts a simulation of working process of the Q492 engine as an example with the Matlab analysis software. Through the simulation, indictor diagram and transient heat transfer coefficient are computed . It proposes a simulation method to compute heat transfer and deformation of the exhaust vavle.
And with this method, it can predict the engine indictor diagram and describe the heat transfer situation of the exhaust valve as well as temperature distribution. So it can prevent losing efficacy of the exhaust vavle by choosing resonable related parameters. Meanwhile this article conducts heat transfer simulation and analysis of the exhaust vavle under different working conditions as well as with different conductivity values of the vavle material. It also analyzes the exhaust valve heat transfer situation used LPG gas as the fuel with the same speed and compression ratio.
本文阐述了发动机排气门失效的原因、形式以及现阶段关于发动机排气门失效的研究方法及研究成果。高温的环境将改变材料的组织结构,使得抗疲劳能力下降,使得高温及高热负荷成为造成排气门失效的重要原因之一。本文以Q492汽油发动机为例,运用Matlab软件编程进行发动机缸内工作过程模拟,计算发动机运行示功图及各瞬时传热系数,进行排气门边界条件计算,完成排气门温度及应力分析,提出一种排气门温度传热及变形数值模拟研究方法,并且能使发动机在设计阶段,预测发动机示功图和描述排气门传热及温度场分布情况,从而对相关参数进行更加合理地设定,以减少排气门失效的可能性。同时本文还进行了变工况计算,确定不同工况下的示功图及传热边界条件,进行了传热仿真及分析;改变排气门材料导热系数进行传热仿真及分析,为排气门材料选取提供直观的判断分析;改变发动机工作工质为LPG,保持汽油机计算时的转速、压缩比不变,进行传热仿真及排气门失效情况分析。
Valve as a main element of vavle train mechanism of engine, it plays an important part to make sure that the engine can acquire enough economic performance, power performance, reliability and durability of an engine. But with the further strengthened structure or changed working condition of the engine, the vavle working environment becomes worse. And the failure of engine valve especially exhaust vavle becomes a serious problem.
This paper describes some reasons and forms of losing efficacy of vavle.And it also shows some research methods and results of the losing efficacy of vavle. It shows that high temperature and thermal load are the main reasons of exhaust vavle’s failure problem.
This paper conducts a simulation of working process of the Q492 engine as an example with the Matlab analysis software. Through the simulation, indictor diagram and transient heat transfer coefficient are computed . It proposes a simulation method to compute heat transfer and deformation of the exhaust vavle.
And with this method, it can predict the engine indictor diagram and describe the heat transfer situation of the exhaust valve as well as temperature distribution. So it can prevent losing efficacy of the exhaust vavle by choosing resonable related parameters. Meanwhile this article conducts heat transfer simulation and analysis of the exhaust vavle under different working conditions as well as with different conductivity values of the vavle material. It also analyzes the exhaust valve heat transfer situation used LPG gas as the fuel with the same speed and compression ratio.
引文
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