内燃机活塞温度场分析

１ 概 述
内燃 机 在 工 作过 程 中 ， 塞 不 仅 承受 着 周 期 性 活 的机 械 负荷 ， 承受 着 高 温 的热 负荷 。现 代 内燃 机 还 不 断 向 强化 、 增压 、 高升 功 率 等方 向发展 。 伴 随 着 而 内燃 机转 速 和 功 率 的增 大 。 然 导致 活 塞 热 负 荷 的 必 增 加 。 活塞 作 为 发 动机 的关 键 部 件 ， 否 解 决 热 负 能 荷 问 题是 提 高 整 机技 术 水平 的关 键 ， 接 影 响 内燃 直 机 的工 作可 靠 性 和耐久 性 。而确 定活 塞温 度场 分 布 是解 决 所有 计 算活 塞热 负荷 问题 的基础 工作 口 １ 。
节 点［ ２ １
２ 活 塞 模 型 的建 立
本 文 所 分析 的活 塞是 一 个 组 合 式 的 活塞 ， 通过 螺 栓将 活塞 头 和 活塞体 紧 固在 一起 。燃烧 室 为 凹坑 形状 ， 位于 活塞 顶部 的中 央 。
本 文所 采 用 的活塞 模 型有 如下 几个 特点 ： （ ） 文 所 用 活 塞模 型 冷 却 方式 为 冷 却 腔 和震 １本 荡 冷却 的复合 冷却 方式 。
元 网格 图 。
３ 有 限元 网格 的划 分
Ｈ ｐ ｒ ｓ 是 目前 应 用 最 广 泛 的前 处 理 软 件 ， ｙ ｅＭｅｈ
４ 活 塞 温 度 场 计 算
４１ 活 塞传 热边 界条 件 的确 定 ．
它 主 要用 于 汽 车 行业 ， 已经 成 为全 球 汽 车 行 业 的标 准配 置 。本 文应 用Ｈｙ ｅＭｅｈ ｐ ｒ ｓ 软件 对 模 型 进 行 网格 的划 分 ， 第一 步 工 作 是几 何 清 理 。 由于 距 离 非 常近
的 温 度 场 ， 活 塞 的 结 构 改 进 和 优 化 提 供 了理 论 依 据 。 为
［ 键词］ 关 活塞 Ｈｙ ｅＭｅ ｐｒ ｓ ｈ温度 场
Ｋｅ ｒ ：Ｐ ｓｏ Ｈｙ ｒ ｓ Ｔｅ ｅ ａｕ ｅ ｆｅ ｄ ｙ ｗｏ ｄｓ ｉｔ ｎ ｐｅ Ｍｅ ｈ ｍｐ ｒ ｔ ｒ ｌ ｉ
图 １ 活 星 模 型
一
（ ） 塞 的冷 却 油 腔 是 重 要 的 冷 却 通 道 ， 模 ２活 建 时需 要 认 真分 析 ． 如实 建模 。 （ ） 于本 身 活 塞 的 形状 是 很 复 杂 的 ， 不 影 ３由 在 响 分 析 准确 度 的 前 提下 。 活 塞 建模 进 行 了一 定程 对 度 的简 化 ， 如倒 角 和倒 圆等 。 （） ４ 由于 建 立 的 活塞 模 型是 一 个 对 称 体 ， 虑 考 到计 算 的效 率 问题 ． 本文 建立 了二分 之一 的模 型 。 所 建立 的模 型 如 图１ 所示
的 曲线 或 尺 寸 非 常 小 的 曲线 在 划 分 有 限 元 网格 的
时候 会 在 局 部 生 成 尺 寸 非 常 小 的 网格 或 照 成 网格
尺寸 变 化剧 烈 ，影 响 网格 质 量 。为此 可 以 利用 Ｈ ． ｙ ｐ ｒ ｓ 的曲线 或边 的抑 制 功能 ， 距 离非 常 近 的 曲 ｅＭｅｈ 将 线 中的一条 和 尺寸 非常 小 的 曲线 抑 制掉 。被 抑制 的 曲线 或 边 在 划分 有 限元 网 格 的时 候 就 不 会 再 生 成
般 来 说 ． 有 限 元 单 元 划 分 的越 小 ， 算 精 将 计
度 就 会 越高 ， 是 单 元数 量 会 受 限 于计 算 机 资 源 ｌ 但 ３ ＿ 。 所 以 网格 的划 分 既要 保 证计 算 的精 度 ， 又不 能 耗 费 过 多 的计 算 时 间 。但 是 为 了保 证 计 算 精 度 ， 要 在 需 活 塞 形 状 复杂 和温 度 变 化 剧 烈 的 地 方 对 网格 进 行 加 密 。 活塞 头部 的温 度梯 度 是 最 大 的 ， 以本 文 在 所 划 分 网格 时对 活塞 的头 部 的 网格 进 行 了加密 。共 产 生 了１ ７ ０ 节 点 ，０ ４ 个单 元 。图２ ８ ６个 １８９ 为模 型 的有 限
４
内 燃 机 与 配 件
２１ ０ ２年 第 ２期
内燃 机 活 塞 温 度 场 分 析
Ｔｅ ｐｅ ａ ｕｒ ｅｄ ａ ｙ ｉ ｆＣｏ ｂｕｓｉ ｎ Ｅｎｇ ｎｅＰｉ ｔ ｎ ｍ ｒ ｔ ｅＦｉ ｌ Ａｎ ｌ ｓｓｏ ｍ ｔｏ ｉ ｓｏ
Hale Waihona Puke 温 剑武董 小瑞王晓辉
王
强
（ 中北 大 学） ［ 要］ 摘 建立 了二 分 之 一 活塞模 型 ， 用 Ｈｙ ｅＭｅ 应 ｐ ｒ ｓ 件 对模 型进 行 了网格 划分 ， 算 了活 塞 ｈ软 计
取 得 一个 符 合 实 际工 况 的热 边 界条 件 ， 进 行 是 活 塞 温 度 场 计 算 的关 键 。它 决 定 了结 果 的 正 确 与