柴油发动机预热器的数值模拟

电热式预热器是柴油发动机的一种进气预热装置,它可以有效地解决柴油发动机的冷启动难问题。由于其具有结构简单、使用方便、不会污染空气等优点,被广泛地应用在轿车和卡车等以柴油发动机为动力的交通工具中。电热式预热器的预热性能受到加热片材料、绝缘材料、蓄电池电压、预热器结构和预热腔结构等影响,研究其温度场分布规律,对预热器和预热腔的设计和生产具有重要的指导意义。本文以加热片长度740.8mm、厚度0.80mm、高度8.0mm的电热式预热器为研究对象,以解决柴油机在严寒环境-40℃,加热时间20s下快速启动为研究目标,首先利用ANSYS-Workbench软件对预热器自身进行了温度场瞬态模拟分析,研究了环境温度、加热片尺寸、蓄电池电压等对预热器和绝缘衬套最高温度的影响,并对实例预热器加热片的最高温度进行了实验验证。接着又研究了加热片尺寸、蓄电池电压和腔径等对预热腔空气平均温度的影响。最后对体积为3L的预热腔温度场进行正交模拟分析,研究得出了最佳设计参数和各参数的影响次序。以下结论可以得出:(1)在环境温度0℃时,实例预热器模拟最高温度为805.53℃,实验最高温度为856.30℃,模拟最高温度比实验最高温度低5.9%。(2)模拟结果表明,当加热片厚度从0.55mm增加到0.80mm时,预热器的最高温度从825.30℃缓慢下降到770.88℃,绝缘衬套最高温度从14.58℃缓慢上升到30.26℃。而预热腔的空气平均温度从38.88℃缓慢下降到35.67℃。(3)模拟结果表明,当加热片长度从536.8 mm增加到943.7 mm时,预热器的最高温度从1305.80℃急剧下降到531.64℃,绝缘衬套的最高温度从88.75℃缓慢下降到6.35℃。(4)模拟结果表明,当加热片长度从557.93mm增加到989.57mm时,预热腔空气平均温度从37.96℃下降到-14.15℃。(5)模拟结果表明,蓄电池电压由20.6V变换到27.4V,预热器的最高温度566.14℃升高到992.85℃,绝缘衬套的最高温度由12.46℃升高到50.18℃,预热腔的空气平均温度从21.88℃缓慢上升到42.90℃。(6)模拟结果表明,加热片离预热腔底部的放置距离由20mm增加到231mm,预热腔空气平均温度从39.69℃缓慢上升到40.78℃,当加热片离预热腔底部的放置距离为864mm时,预热腔空气平均温度又急剧下降到-4.62℃。(7)模拟结果表明,当预热腔直径从Φ65.0mm增加至Φ92.0mm时,预热腔内的空气平均温度从36.22℃增加到123.92℃,当腔径为112.8mm时,腔内空气平均温度又下降到97.54℃。(8)正交模拟结果表明,影响预热腔空气平均温度的主次顺序分别是加热片长度、蓄电池电压、加热片离预热腔底部的放置距离、加热片厚度。体积为3L预热腔的空气平均温度的最佳设计参数是加热片长度557.93mm,加热片厚度0.60mm,电压25.7V,加热片离预热腔底部的放置距离653mm。此时,预热腔的空气平均温度为34.07℃。

预热器; 温度; 模拟; 柴油发动机; ANSYS;

金杨福;

TK423

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