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汽油机不锈钢排气歧管的热负荷分析与优化
| 论文题名： | 汽油机不锈钢排气歧管的热负荷分析与优化 |
| 关键词： | 排气歧管;热负荷分析;汽油机;汽车发动机 |
| 摘要： | 发动机排气歧管是发动机排气系统的关键部件之一，其工作状况直接影响到发动机的动力性能，同时对发动机的工作可靠性和使用耐久性也有一定影响，发动机运行时排气温度较高会使排气歧管产生较大热应力和热变形，同时由于发动机振动和运行工况变化的影响使排气歧管容易因热疲劳而断裂。随着汽车轻量化的成为趋势以及发动机增压带来的排气温度升高，不锈钢排气歧管已被广泛应用与汽油机中。因此本文对汽油机不锈钢排气歧管进行热负荷的研究具有重要的工程应用价值。 本文对某汽油机不锈钢排气歧管的气流流通性能、热应力、热模态、热塑性等性能进行数值模拟分析，结合仿真结果对排气歧管的结构进行优化设计使其达到产品性能要求。 首先通过流场分析建立数学模型，结合流体动力学中理论知识，利用STAR-CCM+仿真软件对排气歧管在发动机全工况的情况下不同缸开启时的流场进行分析，分别得到压力分布和流线分布情况。为解决歧管内流动阻力较大，以及管内有明显的涡旋效应，提出优化方案以提高各缸流量均匀性、降低流动阻力和管内漩涡以及减小能量损失。 其次采用流固耦合的方法，计算出排气歧管内部流体和固体之间的共轭换热系数，同时施加外部热边界条件来求解固体结构的温度场、应力分布以及X，Y，Z三个方向的热变形等，求得最大应力集中部位和三个方向上最大热变形的位置为优化提供参考。 然后基于获得的传热边界条件，在有限元ABAQUS软件中计算热塑性、热模态。分别计算自由状态下的排气歧管热模态与端面受约束状态下的热模态，考虑各种安装约束对排气歧管振动的影响以及如何合理的施加歧管排气口安装座与法兰盘之间约束。 最后对排气歧管的结构进行优化设计，结合压力场、速度场、温度场、热应力场、热模态、热塑性等多种影响因子进行求解加权最优结构，并将优化后的结构与原模型进行对比，证明优化后的模型的确在综合性能上有很大的提高，基本上达到企业生产的要求。 |
| 作者： | 李利 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 颜伏伍;刘志恩;雷本刚 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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