基于FLUENT的柴油机气缸套空蚀特性研究

摘要

缸套空蚀是船舶柴油机失效的主要形式之一。解决缸套空蚀问题对提高缸套的使用寿命，保证船舶柴油机经济、可靠地工作具有重要意义。缸套空蚀主要是由机体的高频振动和冷却水的高压冲击而引起。本文阐述了缸套空蚀产生的部位、特征及其影响因素，并提出了空蚀的预防措施；应用GAMBIT软件建立了二维模型，并进行了模型简化，利用FLUENT软件对柴油机缸套冷却水腔内冷却水流动的动力学特性进行了数值模拟分析。通过流场内的绝对压力、气含率的变化，分析了缸套空蚀的发生机理和影响因素。 论文的主要结论包括：缸套振动的振幅是影响流场变化的主要因素，活塞行程区域是发生空蚀的主要区域；强振幅区域由于空化而产生的水蒸气泡大部分在压力不高于大气压的情况下缓慢消失。而当该区域流场压力迅速上升时，气含率瞬间下降并且降幅较大，水蒸气泡在高压下发生溃灭；缸套刚度直接影响缸套的振动。增加缸套的壁厚可以提高刚度，降低振动幅度，有效的防止空蚀发生；活塞对缸壁的冲击能量取决于活塞与缸套的配合间隙。配合间隙小，活塞横摆加速度小，冲击缸壁能量降低，使缸套的振动幅度减弱，是防止空蚀的有效方法之一；温度影响气含率变化。温度升高，水的汽化压力升高，流场内高低压降幅减小，压力变化趋于稳定。

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第1章 绪论

1.1概述

1.2柴油机气缸套的空蚀

1.2.1柴油机气缸套空蚀机理

1.2.2柴油机缸套空蚀发生的部位及特点

1.2.3影响柴油机气缸套空蚀的因素

1.2.4提高缸套抗空蚀能力的方法

1.3柴油机气缸套空蚀数值模拟研究的进展

1.3.1 CFD技术的发展

1.3.2柴油机气缸套空蚀研究的现状及进展

1.4本文研究的目的及主要研究内容

1.4.1本文研究的目的

1.4.2本文研究的内容

第2章 气缸套空蚀CFD分析的理论基础

2.1 CFD简介

2.2计算流体动力学数值模拟

2.2.1基本控制方程

2.2.2湍流模型

2.2.3计算方法

2.3曲柄-连杆机构的运动学

2.4活塞的位移、速度、加速度

2.5动水压力公式的推导

2.6缸套振动验算

2.7缸套在侧推力作用下的静变形计算

2.8缸套在侧推力作用下的动变形计算

2.9冲击载荷的处理

第3章 气缸套空蚀流场的数值模拟

3.1建立模型

3.2流场计算前的参数设置

3.3流场计算及其后处理1

3.3流场计算及其后处理2

3.4本章小结

第4章 各种参数对模拟的影响

4.1振动幅度的影响

4.2冷却水温度的影响

4.3本章小结

第5章 结论

参考文献

致谢

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