纳米流体对内燃机动接触燃烧室部件润滑摩擦特性影响初探

摘要

随着内燃机动力性能和工作强度的提高，动接触燃烧室部件活塞组-气缸套承受着越来越苛刻的热负荷和机械负荷，高温高压将会造成润滑油膜破裂、活塞环-气缸套摩擦副发生干摩擦等不良后果，严重影响到内燃机的安全稳定运行。这就要求活塞环-气缸套摩擦副在工作过程中不仅要具有较小的摩擦阻力来降低能量损失，同时还要达到较好的抗磨损能力来保证其一定的工作寿命。因此，如何使活塞环-气缸套摩擦系统得到更有效的润滑成为提高内燃机效率、降低内燃机功耗的关键之一。 纳米流体作为一种新型工质，由于其特殊的物理和化学特性而在诸多领域得到初步应用。已有研究表明某些种类的纳米流体在强化传热的同时可以起到很好的减摩抗磨效果。在内燃机研究领域，纳米流体优秀的换热性能与减摩抗磨特性对内燃机动接触燃烧室部件的强化换热和改善润滑具有深刻的意义。本文尝试将纳米流体应用于改善内燃机动接触燃烧室部件的润滑摩擦研究中，以期加快纳米流体在内燃机工程领域的应用。具体研究工作有： 1.系统综述了内燃机动接触燃烧室部件摩擦和传热、纳米流体改善润滑摩擦和强化传热的研究发展与现状，论述了将纳米流体应用于内燃机工程领域的重要意义。 2.采用两步法制备了不同质量百分比的铜合金-润滑油纳米流体和碳包铁-润滑油纳米流体。利用重力沉降法和高倍光学显微镜验证其分散稳定性。详细阐述纳米流体热物性理论模型的发展过程及最新成果。测量不同质量百分数碳包铁-润滑油纳米流体和铜合金-润滑油纳米流体的粘度并总结出其粘度随质量百分数和温度变化的规律。 3.对所制备纳米流体进行四球极压抗磨试验、四球长磨试验以及模拟内燃机循环工况条件下的销-盘摩擦磨损试验，考察纳米流体相对于基础润滑油在减摩抗磨性能上的改善情况及其在内燃机领域中应用的潜力。 4.在上述实验以及理论预测模型研究的基础上，建立了活塞组-气缸套在应用纳米润滑油情况下的非稳态热混合润滑摩擦数理模型，在该模型基础上升级了动接触部件润滑摩擦分析软件包。实机模拟了6110型柴油机燃烧室耦合部件在应用纳米流体后的润滑摩擦情况，比较分析了不同纳米颗粒粒径和纳米颗粒质量百分数对改善内燃机动接触燃烧室部件润滑摩擦情况的影响。 5.最后对全文工作进行了总结和展望。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

1.1 引言

1.2 内燃机动接触燃烧室部件传热与润滑技术的发展

1.3 纳米流体强化传热与改善润滑研究进展

1.4 论文研究工作的主要内容

2 纳米流体基础热物性研究

2.1 纳米流体热物性的理论研究

2.2 纳米流体粘度的实验研究

2.3 小结

3 纳米流体摩擦学性能研究

3.1 实验原理及设备

3.2 铜合金-润滑油纳米流体的摩擦学性能分析

3.3 碳包铁-润滑油纳米流体的摩擦学性能分析

3.4 纳米流体减摩抗磨机理分析

3.5 本章小结

4 纳米流体应用于内燃机动接触部件的数值模拟研究

4.1 物理模型选取

4.2 动接触部件传热模型的建立

4.3 动接触部件润滑摩擦数学模型的建立

4.4 碳包铁纳米颗粒导热系数的确定

4.5 润滑摩擦模型与传热模型的耦合

4.6 计算结果分析与讨论

4.7 本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢