1、分類號密級UDC學校代碼10497學位論文題目基于ANSYS的天然氣發(fā)動機活塞熱分析及熱障涂層仿真研究英文Thermalanalysisofthenaturalgasenginepiston題目simulationstudyofthethermalbarriercoatingbasedonANSYS研究生姓名程君林姓名錢作勤職稱教授學位博士單位名稱能源與動力工程學院郵編430063申請學位級別碩士學科專業(yè)名稱輪機工程論文提交日期2015

2、.04論文答辯日期2015.05學位授予單位武漢理工大學學位授予日期答辯委員會主席評閱人2015年05月指導教師I摘要隨著城市霧霾等環(huán)境問題的日益嚴重，石油等非再生能源的不斷消耗，節(jié)能與環(huán)保成為了社會發(fā)展的主題。在發(fā)動機領域，緩解能源緊缺和控制污染物排放亟待解決，開發(fā)清潔優(yōu)質(zhì)能源和尋找代用燃料已是大勢所趨。近年來，天然氣發(fā)動機在汽車、船舶、電力等行業(yè)得到了廣泛的應用。天然氣發(fā)動機在燃燒物排放方面具有明顯的優(yōu)勢，但在實際運用中也存在著一些

3、問題，主要是天然氣發(fā)動機的早期磨損、腐蝕和熱負荷較高等問題?；钊前l(fā)動機的核心部件，出現(xiàn)故障會直接導致發(fā)動機不能正常運行。活塞的熱分析對了解活塞的溫度場分布、評估活塞的熱負荷具有重要的意義。本文以某型號天然氣發(fā)動機的活塞為研究對象，通過三維建模軟件CATIA建立活塞的實體模型，并利用有限元前處理軟件HyperMesh創(chuàng)建活塞的有限元模型，通過ANSYS仿真軟件對活塞進行穩(wěn)態(tài)熱分析，得到活塞的穩(wěn)態(tài)溫度場。在臺架試驗的基礎上，通過硬度塞法試

4、驗測量天然氣發(fā)動機活塞硬度塞測點的溫度值，得到活塞測點溫度值的試驗數(shù)據(jù)。再將活塞溫度場仿真結(jié)果與臺架試驗得到的測點數(shù)據(jù)進行比較分析，不斷修正以得到準確的溫度場仿真結(jié)果。在活塞熱分析的基礎上，對活塞頂部進行熱障涂層處理，建立雙層熱障涂層活塞的有限元模型，通過ANSYS軟件仿真分析有無熱障涂層天然氣發(fā)動機活塞的溫度及熱應力分布的差別。通過APDL語言建立功能梯度熱障涂層活塞參數(shù)化模型，仿真計算得到功能梯度熱障涂層活塞的溫度場和熱應力分布。分

5、析比較無熱障涂層活塞、雙層結(jié)構熱障涂層活塞和功能梯度熱障涂層活塞的熱分析結(jié)果，研究不同結(jié)構涂層對活塞的溫度應力分布的影響。通過活塞的熱分析研究，可以了解天然氣發(fā)動機活塞的穩(wěn)態(tài)溫度場和應力的分布，可知在額定工況下活塞的最高溫度達到348℃，位于燃燒室喉口環(huán)區(qū)；最大熱應力出現(xiàn)在活塞鑲?cè)μ帲@是由于活塞基體與鑲?cè)Φ牟牧喜町愋詫е率軣崤蛎洸黄ヅ涠鸬?。通過對熱障涂層活塞的仿真研究，可知熱障涂層能夠有效的降低活塞基體的溫度及熱應力，并且在陶瓷涂