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船舶柴油机活塞组和缸套温度场有限元分析

作　者: 王国强
导　师: 段树林
学　校: 大连海事大学
专　业: 轮机工程
关键词: 活塞组和缸套有限元温度场
分类号: U664.121
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

随着船舶柴油机单缸功率、单机功率和强化程度的不断增大,柴油机燃烧室部件所承受的热负荷也随之增大,过大的热负荷会导致燃烧室部件的损坏,影响船舶柴油机的可靠性和耐久性。因此在产品设计或改进之初,对其燃烧室部件进行详尽的温度场分析十分必要。本文使用ANSYS软件对MAN B&W6S50MC-C大型低速二冲程柴油机活塞组和缸套的温度场进行有限元分析,计算获得了该型号柴油机在100%负荷工况下稳态温度场、瞬态温度场,以及起动工况下的温度场。首先,根据厂家提供的设计图纸建立活塞组和缸套的几何模型,使用有限元软件建立有限元模型,使用AVL BOOST软件建立柴油机工作过程模型。然后,利用柴油机工作过程模型模拟得到的缸内气体温度和压力参数结合经验公式计算获得热分析的边界条件。最后,在ANSYS中加载热分析边界条件计算得到温度场,并根据MAN B&W公司提供的燃烧室部件壁面温度验证计算结果的正确性。根据计算结果可知,柴油机工作在100%负荷工况下工作时,活塞组和缸套的温度分布很不均匀；在燃气侧壁面温度波动较大,但波动仅存在于燃气侧壁面表层。在起动工况下,活塞组和缸套的整体温度变化很大,从起动到活塞组和缸套温度达到稳定需要50min左右的时间,在这期间这会产生很大的准静态热应力。通过对活塞组和缸套温度场的分析,为该型柴油机在设计、改进和管理提供了一定的理论依据。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章绪论  9-16
  1.1 课题研究的背景及意义  9-11
    1.1.1 选题背景  9-10
    1.1.2 课题研究的意义  10-11
  1.2 国内外研究现状  11-15
    1.2.1 国外研究现状  12-13
    1.2.2 国内研究现状  13-15
  1.3 课题研究的内容和方法  15-16
第2章传热分析理论基础及相关软件  16-27
  2.1 传热分析的理论基础  16-23
    2.1.1 温度场  16-17
    2.1.2 导热理论  17-21
    2.1.3 导热问题的定解条件  21-22
    2.1.4 导热问题的有限元分析理论  22-23
  2.2 相关软件介绍  23-26
    2.2.1 有限元分析软件ANSYS  23-24
    2.2.2 ANSYS分析流程  24-25
    2.2.3 前处理模块  25
    2.2.4 求解模块  25-26
    2.2.5 后处理模块  26
  2.3 本章小结  26-27
第3章模型的建立  27-38
  3.1 柴油机及其燃烧室耦合部件参数  27-28
  3.2 二维模型的建立  28-30
  3.3 三维模型的建立  30-33
    3.3.1 三维几何模型的建立  30-31
    3.3.2 三维有限元模型的建立  31-33
  3.4 柴油机工作过程模拟  33-36
  3.5 材料参数  36-38
第4章边界条件的确定  38-43
  4.1 活塞顶部边界条件  38-39
  4.2 活塞冷却腔边界条件  39-40
  4.3 火力岸与活塞环岸的换热系数  40-41
  4.4 接触热阻的确定  41-42
  4.5 缸套冷却水侧边界条件  42-43
第5章活塞组和缸套温度场的计算  43-63
  5.1 二维模型温度场计算  43-50
    5.1.1 二维模型稳态温度场计算  43-45
    5.1.2 二维模型的瞬态温度场计算  45-50
  5.2 三维模型的温度场计算  50-57
    5.2.1 三维模型的稳态温度场计算  50-52
    5.2.2 三维模型的瞬态温度场计算  52-57
  5.3 起动工况的温度场计算  57-62
    5.3.1 船舶柴油机起停  58-59
    5.3.2 柴油机起动工况的温度场  59-62
  5.4 本章小结  62-63
第6章结论与展望  63-65
  6.1 结论  63-64
  6.2 后期工作展望  64-65
参考文献  65-68
致谢  68-69
研究生履历  69

船舶柴油机活塞组和缸套温度场有限元分析

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