非圆缸套下的活塞环-缸套油膜分布

为研究缸套变形对活塞环与缸套摩擦学性能的影响,提出缸套内径实际非圆轮廓的缸套与活塞环间油膜厚度周向分布的理论和计算方法。采用连续梁三弯矩方程,通过求解燃气压力、活塞环张紧力与油膜支反力共同作用下的活塞环变形平衡方程,获得油膜厚度沿活塞环周向的非均匀分布。结果表明：缸套与活塞环间润滑油膜厚度的周向分布既与作用在活塞环上的载荷有关,也与缸套的变形大小及轮廓形态密切相关。吸气冲程的上死点位置,4个缸的缸套与活塞环之间周向油膜厚度的最小值、最大值和均值的最大比值分别达到1.08、1.78、1.37。非圆缸套下轴向各截面油膜周向均值较相应的理想圆形缸套的油膜厚度大一些。     

燃油稀释低黏度机油对柴油机缸套活塞环润滑性能的影响

为研究燃油稀释低黏度润滑油对缸套活塞环润滑性能的影响,该研究以农用柴油机为研究对象,基于燃油湿壁现象考察了燃油稀释低黏度润滑油对混合液的黏度变化影响。试验结果显示,随着燃油稀释率增大,混合液的动力黏度呈现先急剧下降后缓慢下降的变化规律,稀释率从0增加到10%,动力黏度降幅达44.9%,表明少量柴油稀释低黏度润滑油将导致黏度迅速降低。通过构建缸套-活塞环润滑摩擦理论模型,采用数值计算方法探究了燃油湿壁效应对缸套-活塞环摩擦性能的影响机理。模拟计算结果显示,随稀释率的增加,缸套-活塞环之间的油膜厚度变薄,流体动压润滑区间不断缩小,而混合润滑区间不断扩大,导致摩擦副表面微凸体接触增多,特别是在压缩行程上止点附近,缸套-活塞环的摩擦力随着稀释率增加而增大;而缸套-活塞环摩擦副的循环摩擦损失随稀释率增大呈现先降低后升高的趋势,稀释率为10%时摩擦损失最小。通过搭建发动机测试台架进行倒拖试验发现,当稀释率从0增大到30%时倒拖转矩呈现先减小后增大的趋势,且当稀释率为10%时倒拖转矩最小,验证了不同燃油稀释率下倒拖转矩变化与模拟计算结果的一致性。在发动机中应用低黏度润滑油,应控制其稀释率低于20%,以保持必要的润滑作用。研究结果可为为低黏度润滑油的推广应用提供指导。     

耦合法用于柴油机冷却系统传热的研究

在研究柴油机冷却系统的流动和传热问题时,边界条件的确定往往成为难点。该文将某六缸柴油机活塞-缸套-冷却液-机体组成一个固流耦合传热系统进行整体传热仿真计算,解决了单独研究固体部件和流体传热时无法确定其边界条件的问题;通过缸套内壁轴向一些试验测点温度的计算值与实测值对比,研究了网格对模拟计算精度的影响;在结合了计算资源与计算精度的条件下,仿真计算得到冷却系统温度场分布、流场分布、压力损失等信息,这些信息对柴油机的设计具有指导意义。     

固体颗粒对高压叶片泵配流副油膜特性影响的数值模拟

叶片泵对油液的清洁度要求较高，油液中混入的少量固体颗粒会引起泵内部摩擦副磨损而使其间隙增大，影响叶片泵的容积效率。为了探明颗粒在叶片泵配流副油膜内部的分布状态及其对配流副损坏机制，该研究使用理论分析、数值模拟和试验测试的方法，研究油液中的固体颗粒对高压叶片泵配流副油膜特性的影响。应用Fluent内置的两相流模型，分别改变固体颗粒直径（0.5～13μm）和固相体积分数（0.2%～1%）、泵的工作压力和转速，开展子母叶片泵配流副油膜内部的固相体积分数分布与温度分布的数值模拟，并对数值模拟结果进行验证。结果表明，油液中的固体颗粒基本不影响配流副油膜的压力数值及其分布，但会引起排油区的油膜温度下降低。随着颗粒直径的增大，吸油区油膜固相体积分数减小，最大变化量为0.25%，排油区油膜固相体积分数增大，最大变化量为0.35%，油膜固相体积分数整体上呈增大趋势变化。叶片泵容积效率随着固体颗粒直径的增大而下降，二者近似线性关系。随着颗粒固相体积分数的增加，油膜固相体积分数整体呈增大的趋势变化，最大变化量为0.72%，引起叶片泵容积效率下降，且颗粒固相体积分数与容积效率之间呈非线性关系。油膜表面的温度随颗粒固相体积分数的增加而减小，吸油区各区域油膜温度变化较小，排油区油膜温度最大变化量为2 K。配流副油膜受压差流影响较大的区域内固相体积分数随工作压力升高而减小，最大变化量为0.3%，油膜表面各区域的温度有所上升，核心区域温度变化量为4 K。油膜大部分区域的油膜固相体积分数和温度都随着泵转速的增大而增大，影响较大的区域中固相体积分数最大变化量为0.2%，温度最大变化量为3 K。研究结果可为高压叶片泵配流副的设计提供参考。     

活塞弹性变形对活塞二阶运动及裙部润滑特性的影响

为揭示活塞弹性变形对活塞二阶运动及裙部润滑特性的影响规律,基于有限元法建立活塞和缸套的结构动力学模型,耦合活塞二阶运动方程及裙部流体动力润滑模型,分析活塞弹性对活塞二阶运动和裙部润滑特性的影响。结果表明:不同曲轴转角下活塞主、次推力面的变形不同,做功行程中变形明显,而且最大变形量出现的区域随曲轴转角的变化而改变;考虑活塞弹性变形后,活塞二阶运动一般比不考虑活塞弹性变形有所增加,在压缩和做功行程中增加明显;活塞裙部的最小油膜厚度增加,而总摩擦功耗降低,做功行程中两者变化明显;油膜压力场峰值出现位置及油膜压力分布规律改变,油膜压力场峰值减小。该研究为活塞裙部型线设计及配缸间隙选择提供参考。     

高压子母叶片泵配流副油膜的温升特性

为了改善高压叶片泵的性能,提升配流副的摩擦特性,采用理论分析、数值模拟和试验测试的方法,研究配流副油膜不同部位的温升情况。首先分析了吸油区和排油区的内、外层区域油膜油液运动情况,建立油膜温升的计算模型。然后从理论计算结果、温度场数值模拟云图和试验测试结果进行分析讨论。结果发现,高压子母叶片泵配流副油膜的温升受到工作压力和油膜厚度的影响,油膜厚度一定时,油膜温升值随压力的增大而增大,而工作压力一定时,油膜温升值随油膜厚度增大而减小。配流副吸油区油膜的内外层区域的温升值不一样,外层区域油膜温升值比内层区域高0.5～1 ℃。相同的工作压力下,由于受到剪切流动和较大压差流动的共同作用,吸油区油膜温升值比排油区油膜温升值高1.5～3.5 ℃。排油区外层区域的油膜温升值比内层区域的高,内外层区域油膜温升值沿圆周方向均从两侧向中心方向增大,中心位置温升值最大,差值约为0.25～0.5 ℃。     

柱塞泵螺旋沟槽式柱塞-铜套副缝隙流场流动与均压特性

为考察螺旋沟槽结构对柱塞-铜套副缝隙流动和均压特性的影响,该文结合某型斜盘柱塞泵实际结构组成,采用计算流体力学方法,对螺旋沟槽式柱塞-铜套摩擦副在不同工况下的缝隙流场进行了数值仿真,分析比较了6种不同表面结构柱塞-铜套副的油膜压力分布、倾斜力矩大小和缝隙流动特性变化情况,并利用理论计算和试验方法对仿真结果进行了检验。结论表明,螺旋沟槽结构使缝隙油膜压力更加均匀稳定,柱塞最大倾斜力矩和倾斜力矩变化幅度减小。当柱塞泵转速为1 000 r/min,柱塞位置为90°时,与无沟槽柱塞相比,螺旋沟槽式柱塞-铜套副在轴向位置25 mm处圆周向压力变化幅度减小了24.05%~55.77%,柱塞最大倾斜力矩减小了49.01%~103.14%。各种螺旋沟槽结构中,单圈螺旋沟槽起点与柱塞端面的距离增加,沟槽均压作用增强;相对于单圈沟槽,多圈螺旋沟槽更有利于提升摩擦副压力分布的均匀性和稳定性,均压作用更加明显。螺旋沟槽结构的导流作用降低了摩擦副中油液的流动阻力,使油液分布更加均匀,改善了摩擦副的均压润滑特性。但在高压低速时,泄漏量将增加22.73%~267.53%,降低了摩擦副的密封性。此外,螺旋沟槽式柱塞-铜套副中沟槽深度与压差流大小成正比,根据需要合理地设计螺旋沟槽,有利于提升摩擦副的工作性能。该研究可为螺旋沟槽式柱塞-铜套副的密封与均压性能协同优化设计提供参考。     

弹性变形对轴向柱塞泵配流副润滑特性的影响

考虑到配流副在高压条件下的弹性变形量已与油膜厚度同一量级,该文应用弹性流体动力润滑理论,建立了弹性变形条件下配流副的润滑数学模型,采用有限差分法求解了模型的控制方程,进行了弹性变形对配流副润滑特性的影响分析。结果表明,在油膜厚度较小时,配流副的弹性变形使平均油膜厚度相比增大了14.48%,但最大油膜压力却减小了18.60%,且配流副的油膜承载力和泄漏量明显增大,而摩擦转矩明显减小;但油膜厚度大于15 mm时,可以忽略弹性变形对配流副润滑特性的影响。研究为高压化轴向柱塞泵配流副的设计与研究打下了基础。     

微灌鱼雷网式过滤器全流场数值模拟

为了充分了解鱼雷网式过滤器内部流场分布规律,该文应用雷诺时均(Reynolds-Averaged Navier-Stokes,RANS)方程及RNG k-ε湍流模型,对过滤器内部全流场进行全流场数值模拟。结果表明:鱼雷部件和出水口边界条件对该过滤器的速度流场和压力场分布规律影响很大,鱼雷部件的影响是尤为突出;滤网及其内、外侧的水流流速沿X轴的变化规律分流速迅速增加、流速迅速减小和流速缓慢减小3个阶段;滤网内外压力分布有很大的的差异,滤网内侧压力沿X轴分布从迅速增加到缓慢减小、最后趋于稳定。而滤网外侧压力分布沿X轴的变化很大,特别是在出水口处压力迅速减少,压力沿X轴的波动幅度较大。滤网内侧压力比外侧的大,两者的压力差沿X轴越来越小,最大压力差为23 k Pa左右,最小压力差为0.5 k Pa。研究结果认为整个滤网堵塞不均匀,滤网堵塞呈现从尾部开始向出水口方向发展的趋势,对后续滤网的冲洗排污产生重要影响。该文建议在设定最佳排污压差时需要慎重考虑。     

固体火箭燃气射流近场形成与发展的数值模拟

固体火箭武器燃气射流的近场区域存在有复杂的波系，膨胀波、压缩波的混合作用是机-弹、弹-舰相容性研究的重要内容，复杂波系压力、温度场的分布是燃气射流动力冲击和热冲击作用的直接因素。因为这一区域流动的复杂性，使得实验研究非常困难。为此应用数值分析的方法，研究了固体火箭高度欠膨胀燃气射流流场起始冲击波、近场波系的形成及发展。计算结果揭示了近场区域的一些特性，与献提供的数据较为吻合，为工程应用提供了帮助。     

破碎和均细化处理方式对胡萝卜汁中类胡萝卜素释放的影响

为研究不同破碎和均细化处理对胡萝卜汁中类胡萝卜素释放途径的影响,采用打浆﹑胶体磨和高压均质3种破碎和均细化方式处理胡萝卜汁。应用分光光度法对处理后不同植物组织(大细胞聚集体﹑小细胞聚集体和有色体)中类胡萝卜素含量,游离类胡萝卜素含量,总类胡萝卜素含量,油脂可萃取类胡萝卜素含量进行测定。应用激光共聚焦扫描显微镜观察不同处理后类胡萝卜素的分布情况。利用高效液相色谱法对油脂可萃取类胡萝卜素单体含量进行测定。通过显著性分析确定不同均细化处理对以上3种植物组织中类胡萝卜素含量﹑游离类胡萝卜素含量﹑总类胡萝卜素释放率和油脂可萃取总类胡萝卜素含量及单体含量的影响。结果表明破碎和均细化处理后,大细胞聚集体中类胡萝卜素所占比例减小(从36.18%减小至15.28%),小细胞聚集体(从11.11%增加至15.73%)和有色体部分(8.36%增加至30.56%)中类胡萝卜素所占比例增大,类胡萝卜素释放在对其释放阻碍程度低的组织部分中。经过均细化处理后,激光共聚焦显微镜下可见的类胡萝卜素颗粒减少,处理越均细,可见的类胡萝卜素颗粒越少。对胡萝卜汁处理越均细,胡萝卜汁中类胡萝卜素释放率越高,其中胶体磨和高压均质联合处理胡萝卜汁后类胡萝卜素的释放率为50.91%。对胡萝卜汁处理越均细,胡萝卜汁中油脂可萃取总类胡萝卜素﹑β-胡萝卜素和α-胡萝卜素含量越少。研究结果对后续分析如何提高胡萝卜汁中类胡萝卜素生物利用率提供依据。     

发动机燃用生物柴油的可靠性

进行了柴油机燃用B5生物柴油的1 000 h可靠性台架试验,测量了可靠性试验前后发动机的燃油消耗、机油消耗、功率、扭矩、活塞漏气量、排气温度等参数,进行了发动机润滑油的色谱分析以及发动机的主要零部件的拆检和分析。试验结果表明：可靠性试验后发动机的燃油消耗和机油消耗均有所增加,活塞漏气量有所升高,功率、扭矩和排气温度略有下降;B5生物柴油与柴油的CO等气体排放相差不大;发动机喷油器、气门、活塞顶面等主要零件部存在积碳,活塞环与气缸套等零件磨损正常。     

往复泵吸入特性的流体力学数值模拟

为了研究往复泵在吸入过程中流体的动力特性及相关参数对吸入特性的影响,对往复泵的吸入过程进行计算流体动力学的数值模拟。在吸入过程中,根据阿道尔夫泵阀运动微分方程和活塞运动引起的泵腔内流场变化确定泵阀的运动,同时运用动网格生成技术更新了不同曲柄转角下的计算模型。通过数值计算,得到了往复泵的瞬时吸入流量、柱塞端面上的压力分布,并研究了冲次、弹簧刚度对吸入阀迟滞关闭现象的影响。结果表明,流体的压缩性和惯性导致瞬时流量小于理论值,吸液量是理论值的0.91倍,往复泵的冲次从100/min增大到330/min时,吸入阀     

柴油机活塞二阶运动对内冷油腔机油振荡流动与传热的影响

柴油机活塞的二阶运动不仅影响活塞侧击力、摩擦磨损、机油耗和漏气量,而且还对活塞内冷油腔内机油的振荡流动与传热性能产生影响。在活塞动力学与运动学分析的基础上,结合活塞内冷油腔内的振荡传热性能模拟试验结果,采用计算流体力学仿真方法,建立了包含往复运动与二阶运动的计算流体力学仿真模型,研究了活塞二阶运动对内冷油腔内机油的振荡流动与传热性能的影响规律。研究结果发现,二阶运动的径向运动主要影响内冷油腔中机油的振荡流动,偏摆运动主要影响内冷油腔的瞬时换热性能。二阶运动使内冷油腔的瞬时充油率降低,循环平均降低4.6%。对油腔壁面的瞬时换热性能影响很大,最大的变化幅值为24.9%。对于整个换热过程,虽然充油率降低,但平均换热系数变化不大。因此,二阶运动对内冷油腔综合换热性能的影响可以忽略不计。该研究可为耐高温高强度铝合金活塞的设计提供理论和技术参考。     

X195型柴油机活塞结构尺寸对其性能的影响研究

分析了活塞结构对发动机动力性和经济性的影响,对Ｘ１９５型柴油机的活塞结构进行了改进,设计采用了３种方案,并在原机上只换用活塞,其它条件不变进行了发动机台架试验．结果表明：进一步将原节能活塞的环数由４个减少为３个,将３道气环改为２道气环,并加大活塞顶部直径尺寸,改进补偿槽尺寸,同时将活塞裙部缩短,裙部的凹台形改变为锥形,可减少摩擦面积,改善润滑条件,有效地减少摩擦损失,使发动机的最大输出功率提高最大达４．５７％,降低耗油率最大达９．３４％。