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高周波活塞热冲计算与分析

发布时间:[2015-1-10]  查看次数:1412

  活塞顶面是组成内燃机燃烧室的一个侧面,承受来自平均温度高达700℃~900℃高温燃气直接作用。由于燃气温度随工作循环变化,形成对活塞顶面的高周波热冲击。特别是车用内燃机,频繁起动、停车和变工况运行,在活塞顶面也承受比高周波热冲击温度波动幅度大得多的低周波热冲击。这二种热冲击所产生的热应力与活塞因结构和传热等因素而引起的温度梯度所产生的热应力叠加,将导致活塞的热疲劳损坏,特别在高强化内燃机中热疲劳损伤屡见不鲜.活塞顶部燃烧室喉口部位的裂纹就是这种损坏的典型实例。  

  以工作循环燃气的高周波对活塞顶面产生的热冲击为研究对象,建立热冲击和导热模型,并以6150柴油机工作过程为基础,计算活塞在高周波三角形热冲击激励下的温度响应,作为活塞热疲劳分析研究的基础。  

  内燃机活塞热冲击可分为高周波和低周波热冲击二类。由内燃机起动、停车与负荷突变所引起缸内燃气温度的变化,其特点是热冲击时间长、强度大,此时高周波成分可忽略,当作单个热冲击处理。  

  尽管高周波三角形热激励温度波动幅度较大,由于激励频率高及受活塞材料热特性和换热条件的影响,活塞顶面温度响应幅度衰减很大。只是形成一个波动幅度较小的近似三角形的温度响应,并与热激励有一定的相位滞后。但由多循环温度响应曲线可见,其响应周期和热激励周期相同。

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