发动机流固耦合分析.ppt

缸盖排气岐管热变形分析 内燃机活塞热分析 发动机风扇护圈故障分析 缸盖排气岐管热变形分析 CFD计算模型和边界条件 燃烧计算模型和边界条件 水套计算模型和边界条件 排气岐管内流场瞬态计算模型和边界条件 外流场计算模型和边界条件 有限元计算模型和边界条件 温度场计算的有限元模型和边界条件 热变形计算的有限元模型和边界条件 计算结果 有限元模型 螺栓和垫片的温度场分布 排气岐管和螺栓的温度场分布 原型方案 改进方案 变形计算结果 螺栓预紧力工况下变形计算结果 原型方案 改进方案 热工况下变形计算结果 原型方案 改进方案 冷工况下变形计算结果 原型方案 改进方案 缸盖排气岐管热变形分析 内燃机活塞热分析 发动机风扇护圈故障分析 活塞有限元模型 有限元网格用HYPERMESH软件结合CFD软件完成，首先用HYPERMESH软件完成TOP网格，然后用CFD软件最终完成六面体网格，网格数大约为14万，节点数约为16万。边界条件用PATRAN软件处理，最后用ABAQUS来求解温度场和热应力。 活塞顶面的边界条件由燃烧计算所得，下图为由燃烧计算结果映射到有限元网格上而得到的活塞顶面的对流换热系数和温度，其余各面对流换热系数和温度由经验公式计算而得 边界条件的处理 活塞顶面的对流换热系数 活塞顶面的温度 活塞温度场计算结果 计算值和试验值符合得很好，计算最高温度为359°C，试验最高温度为355°C，位置也基本接近，说明用流固耦合的方法计算活塞的温度场是可行的 活塞热应力计算结果 缸盖排气岐管热变形分析 内燃机活塞热分析 发动机风扇护圈故障分析 风扇护圈断裂故障图片 风扇护圈原型方案1 风扇护圈原型方案2 * * 燃烧计算模型和边界条件 用CFD进行一个完整的720°燃烧计算，计算从进气门开启开始，进口给定流量和温度，出口给定压力，进出口边界条件由AVL BOOST软件计算得到，喷油规律由AVL HYDSIM软件计算得到，其余给定壁面边界条件，湍流模型采用k－ε模型，燃烧模型采用EBU模型，破碎模型采用WAVE模型，壁面规律采用标准壁面函数。 进气门开启（349°）时网格 排气门关闭（369°）时网格 进气门关闭（581°）时网格 排气门开启（849°）时网格 进气门开启（349°）时HTC和温度 排气门关闭（369°）时HTC和温度 ? 进气门关闭（581°）时HTC和温度 压缩上止点燃烧开始（720°）时HTC和温度 排气门打开时（849°）时HTC和温度 水套计算模型和边界条件 用CFD软件进行水套计算，网格数约为280万，进口给定流量和温度，出口给定压力梯度为零的边界条件，其余给定壁面边界条件，湍流模型采用k－ε模型，壁面规律采用标准壁面函数。 水套计算网格 排气岐管内流场瞬态计算模型 用CFD软件进行排气岐管内流场计算，网格数约为30万，进口给定流量和温度，出口给定压力，其余给定壁面边界条件，进出口边界条件由AVL BOOST软件得到，湍流模型采用k－ε模型，壁面规律采用标准壁面函数。 外流场计算模型 温度场计算的有限元模型和边界条件 网格是用HYPERMESH软件做TOP网格，再用FAME软件完成最后的网格生成，绝大部分网格为六面体网格，总的网格数约为94万 。 温度场计算的边界条件由CFD计算而得，分别是将CFD计算结果插值到有限元网格上后得到的燃烧室、水套、缸盖外流场、排气岐管内流场、排气岐管外流场、螺栓外流场、垫片外流场的HTC和温度。 缸盖进排气道壁面给定均布的HTC和温度，其余壁面给定温度边界条件。 有限元网格 原型方案 改进方案 插值后燃烧室的 HTC和温度分布 插值后缸盖水套的 HTC和温度分布 插值后缸盖外壁面的 HTC和温度分布 插值后排气岐管内壁面的 HTC和温度分布 插值后排气岐管外壁面的 HTC和温度分布 插值后螺帽外壁面的 HTC和温度分布 插值后垫片外壁面的 HTC和温度分布 热变形计算的有限元模型和边界条件 热变形计算分为三步，第一步计算螺栓预紧力引起的变形，第二步固化第一步计算的结果，在此基础上计算由温度引起的变形，第三步计算整个模型冷却到室温时的变形。 在第一步工况计算中，下图所示A面给定三个方向约束，螺栓和缸盖、螺栓和排气岐管、缸盖和垫片、排气岐管和垫片之间用接触边界条件。 A 面 温度场计算结果 整个模型的温度场分布 缸盖的温度场分布