基于流固耦合技术的小型风冷发动机热负荷研究

admin · 发表于 2022-5-15 18:12:41

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随着科技的不断发展与日益严峻的环境、能源题目，发动机设计面临更高的要求与更多的挑战。热负荷研究是发动机设计的重要部分，尤其对于散热功能较差的风冷发动机气缸体，热负荷过载带来的过度形变会破坏活塞与气缸体间的工作间隙，从而导致发动机工作状况恶化。因此了解风冷发动机气缸体的温度场、热流量场及热应力分布是发动机正常工作的先决条件，也为后续的发动机热管理研究提供基本依据。本文以某小型航空风冷活塞发动机气缸体为研究对象，运用有限元方法对气缸体在不同飞行高度及风速条件下的热负荷情况进行仿真分析。论文首先运用Hypermesh软件作为前处理工具，创建了以六面体网格为主的气缸体混合网格模型；然后以发动机传热理论为基础，选取合适的航空发动机传热系数经验公式，建立了8种飞行高度(0m, 500m, 1000m, 1500m, 2000m, 2500m, 3000m, 3500m)、6种风速(80km/h, 100km/h, 120km/h, 140km/h, 160km/h, 180km/h)下的传热边界条件，并对散热片边界条件进行了对比分析；通过Abaqus软件对气缸体网格模型进行边界条件的加载、计算和结果后处理，得到风冷发动机气缸体在不同边界条件下的温度场、热流量场和热应力场；对起飞工况(飞行高度为0m)及巡航工况(飞行高度为3500m)进行了详细的热负荷分析，得出起飞工况下气缸体最高温度为510.9K，最大热应力为77.09MPa，巡航工况下气缸体最高温度为514.3K，最大热应力为76.09MPa，且热负荷较高的部位集中在散热片根部、内壁上边缘以及进气口尖角处；同时探讨了飞行高度和风速对气缸体热负荷的影响，发现风速带来的影响远大于飞行高度的影响。最终针对气缸体热负荷较大部位提出了设计改进建议。

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