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随着内燃机不断向高速和强化方向发展,内燃机的传热和热负荷问题也就显得越来越突出,如何有效地解决内燃机的热负荷问题,提高内燃机受热零部件的可靠性及其使用寿命就变得日益重要和紧迫。由于热负荷的影响,内燃机受热零部件的非正常磨损,材料的腐蚀、烧蚀和热疲劳破坏等故障屡见不鲜,直接或间接地影响着内燃机的动力性能、经济性和可靠性。因此,在内燃机工程的研究中,传热和热负荷的研究是一个非常重要的研究方向。同时由于燃油的紧缺和对内燃机排放要求的不断提高,开发天然气等代用燃料内燃机越来越受到人们的重视。 本文首先回顾了内燃机工程中传热与热负荷研究的发展和现状,进而对内燃机的热状态、热负荷和热负荷故障进行了定义和说明。接着阐述了求解内燃机受热零部件热负荷的基本原理和方法,介绍了热传导的偏微分方程、热弹性理论的基本方程和边界条件确定的原则以及用有限元法进行的数值求解。 本文采用硬度塞法来测量柴油/CNG双燃料发动机受热零部件的温度。通过对受热零部件的温度测量,可考察温度是否在所使用材料性能的容许范围内;并可估算出热流规律和热损失的分配。本文采用ANSYS软件作为数值仿真的工具,对4112柴油/CNG双燃料发动机活塞进行了温度场、热变形及热应力的数值仿真。 通过对4112柴油/CNG双燃料发动机的热负荷试验研究和数值仿真,得到了在不同的供油提前角和不同的CNG替代率下,4112柴油/CNG双燃料发动机的热负荷状况,并对其热负荷状况进行了分析比较和评估。这将为其热负荷的改善指出途径或找到解决的方法,同时为确定柴油/CNG双燃料发动机的CNG掺烧策略和供油提前角的优化提供了重要参考。另外,在内燃机设计阶段,也可以利用所掌握的热负荷的数据库和图形库以及传热规律,对其热负荷进行预测,达到缩短设计、试制、实验周期的目的。