发动机排气门传热特性有限元仿真分析开题报告

1. 研究目的与意义

气门是发动机配气机构的主要组成部件，它也是确保发动机获得足够经济性能、动力性能、可靠性及耐久性的重要零部件。但是随着发动机结构的进一步强化、运行工况的改变等原因，使得气门工作环境恶化，导致气门失效特别是排气门失效成为发动机日益显著的问题。

为解决气门失效问题，相关学者进行了大量的研究，研究结果显示气门发生失效的原因多种多样，但高温是其失效的最主要原因。在气门的工作过程中，气门不仅受到高速频繁的落座冲击作用、气缸内部燃气燃烧产生的热应力和交变的拉压应力等作用，还受到高速燃气冲刷和高温气体腐蚀的作用，如此恶劣的工况下，如果积累在气门上的热量不能及时进行热传递，气门的温度将会不断升高，气门失效也会频繁出现，故对气门传热特性进行相关分析是至关重要的。现今计算流动传热的方法有很多个，有限元法是其中针对流动与传热问题的数值计算中应用最广的一种方法，本文将使用此方法对发动机排气门的传热特性进行仿真分析，并就仿真结果对排气门的设计制造及使用方法提出相应的建议，最大程度的控制发动机排气门失效的发生。

2. 国内外研究现状分析

对于发动机排气门的失效问题，国内外做了大量的长时间的细致统计分析，分析结果显示，排气门的失效形式有很多种，包括气门颈部的断裂、头部掉落、盘部的裂纹、烧蚀和变形、锥面的点蚀、杆部弯曲断裂等。导致其失效的原因也各有不同，有是单一原因造成的，也有多种因素叠加造成的，但引起其失效的最主要原因是热负荷和机械负荷过大，占整体失效比例的三分之一。为了防止排气门失效的发生，相关学者对其传热特性进行了一系列模拟实验，以寻找最适宜排气门工作环境的材料、形状及工况条件。早在1985年Morel T等人就完成了发动机燃烧室零部件整体传热模拟实验，分析了在一定条件下排气门的机械性能及温度场的分布。随着科学技术的发展，迄今为止，有关发动机排气门的传热模拟模型也是林林种种，对于排气门的设计制造及使用都有着重大意义。

3. 研究的基本内容与计划

本文的研究内容主要包括以下几个方面：

1、使用pro/e软件建立发动机排气门的实体模型；

2、将三维模型导入ansys workbench软件中，针对不同材料排气门的传热特性进行有限元仿真分析；

4. 研究创新点

传统的排气门失效实验时间长，效率低，本文通过数值模拟的方式对排气门失效进行预测分析，大大提高了其实验的速度。