行業應用 | CAE仿真技術在內燃機設計中的應用簡介

2017-10-31 by:CAE仿真在線來源:互聯網

引言

內燃機結構復雜,在研發過程中常涉及到強度、剛度、噪聲、疲勞壽命、結構優化等多方面的工程問題,同時由于其高溫高壓的工作特性,一些性能參數如壓力、功率、油耗更是設計中的重點,這就需要對內燃機的氣動性能、冷卻、噴油及燃燒等進行優化。隨著現代CAE仿真技術的日趨成熟,企業完全可以將這種先進的研發手段與試驗和經驗相結合,形成互補,從而提升研發設計能力,有效指導新產品的研發設計,節省產品開發成本,縮短開發周期,從而大幅度提高企業的市場競爭力。

內燃機的強度、剛度問題

曲軸強度分析
主軸承座強度分析
連桿強度分析
活塞強度分析
附件支架強度分析

內燃機在結構設計中需要考慮不同工況下各零部件的應力和變形。ANSYS軟件可以幫助解決在不同的工況條件下,結構零部件的強度、剛度及穩定性校核問題。

內燃機機構動力學問題

曲軸、連桿、活塞組件的運動仿真
凸輪機構的動力學
皮帶傳動系統的動力學

ANSYS軟件可以分析往復式活塞的曲柄連桿活塞機構運動過程,通過輸出零部件的位移、速度、加速度等運動曲線,了解機構的運動特性。

內燃機的疲勞耐久性問題

活塞的疲勞分析
連桿、曲軸的疲勞分析
附件支架等的疲勞分析

產品的抗疲勞性能和可靠性會直接影響其在市場競爭中的成敗。ANSYS高級疲勞分析和設計軟件可以分析內燃機零部件由于反復運動引起的高、低周疲勞問題及接管焊縫疲勞問題。

內燃機的振動問題

動力總成、曲軸、油底殼、附件支架等的模態分析

借助ANSYS軟件動力學分析功能,對內燃機及部件進行模態分析,以評估其振動特性,通過合理地結構優化,可以降低振動。

內燃機進氣效率問題

進氣歧管、空濾器、進氣道流阻分析
各缸充氣均勻性分析

內燃機進氣系統對其效率起著非常重要的作用,運用ANSYS流體動力學分析軟件對進氣系內氣體的流動效果進行分析,可以優化進氣系統、減少流動損失、提高流動效率,對于多缸內燃機,優化充氣均勻性,改善工作穩定性。

內燃機燃油供給系統的匹配問題

噴嘴結構改進與空化現象分析
燃油霧化過程分析:油束形態、霧化粒度、貫穿距離等

對于柴油機或直噴式汽油機,噴油系統應保證噴油量、噴油起止時刻與內燃機的轉速和負荷相適應,噴油規律、噴油壓力、霧化程度、貫穿距離等參數應負荷各工況的需要。運用ANSYS流體動力學軟件對噴油系統內的流動情況以及噴霧形成過程進行分析,可以有效的優化燃油在燃燒室內的分布規律。

內燃機的冷卻問題

冷卻水套傳熱分析
冷卻水套注水過程分析

冷卻系統能保證內燃機在最適宜的溫度范圍內工作,運用ANSYS流體動力學分析軟件分析冷卻水的流動及傳熱,可以優化冷卻水路的布置方案,有效組織水流,提高冷卻效果。

內燃機的燃燒問

分析不同時刻的放熱率、溫度、壓力等
觀察火焰結構及火焰的傳播
燃燒方式分析:PCCI,HCCI,RCCI,稀燃/分層燃燒等
污染物生成的分析

點火燃燒過程

柴油機NOx和soot分布

燃燒是內燃機的核心,燃燒的好壞決定著內燃機的功率、油耗、排放等多方面的性能。運用ANSYS流體動力學分析軟件分析燃燒過程,可以有效的指導優化燃燒室形狀,得到性能指標和排放指標都較好的方案。

內燃機的工作過程問題

優化配氣正時
冷態流動缸內氣流的運動變化情況分析
全工作循環分析

換氣過程是要盡量將燃燒產物排除干凈,盡可能的吸入新鮮工質,進、排氣門開閉時間對換氣的好壞起決定性作用,同時內燃機工作過程中缸內氣流的運動情況也影響著可燃混合氣的形成進而影響燃燒。運用ANSYS流體動力學分析軟件分析冷態工作過程,可以指導設計最佳配氣相位,降低排氣損失功并沖入最多的工質,根據缸內氣體的運動情況優化渦流/滾流更好的形成可燃混合氣。

內燃機噪聲問題