ÁP DỤNG PHẦN mềm ANSYS để TÍNH TOÁN TRƯỜNG NHIỆT độ của PISTON m540

1 MC LC mở ĐầU .2 DANH MC BNG BIU V HèNH V I.Danh mc bng biu Bng 4.1 Tờn bng biu Thụng s ca vt liu ch to piston M504 Trang 43 II.Danh mc hỡnh v Hỡnh 2.1 3.1 3.2 4.1 4.2 Tờn hỡnh v Mụ hỡnh tớnh toỏn dũng nhit Hỡnh dỏng chung ca ng c M503A Piston ca ng c M504 Mụ hỡnh tớnh toỏn nhit ca piston th ỏp sut xi lanh ng c M503A theo gúc quay Trang 12 23 25 27 35 4.3 trc khuu th nhit xi lanh ng c M503A theo gúc quay 36 4.4 4.5 trc khuu Mụ hỡnh hỡnh hc ca piston M504 Chia li mụ hỡnh tớnh trng nhit ca piston M504 39 40 4.6 4.7 4.8 4.9 Trng nhit ca piston ng c M504 nhỡn tng quỏt Trng nhit ca piston ng c M504 nhỡn t nh Trng nhit ca piston ng c M504 nhỡn t ỏy Trng nhit ca piston ng c M504 ly ẳ th tớch 44 45 45 46 mở ĐầU Động đốt với tính u việt nó, loại động đợc sử dụng nhiều tất lĩnh vực, đặc biệt phơng tiện giao thông đờng biển Nó thờng đợc trang bị làm hệ động lực để lai chân vịt tàu, lai máy phát điện phục vụ cho thiết bị tàu lai bơm, thiết bị phục vụ khác Trong lĩnh vực quân sự, động đốt đợc sử dụng làm hệ động lực cho tàu Hải quân Động M500 thời đợc coi niềm tự hào ngành thiết kế động Liên bang Xô Viết nhiều tính u việt : kết cấu nhỏ gọn, khả phát huy công suất lớn, khối lợng động tính đơn vị công suất nhỏ, tiêu hao nhiên liệu ít, Chúng đựơc trang bị làm hệ động lực cho tàu chiến đấu cỡ nhỏ, tốc độ cao lực lợng hải quân nớc nh: Liên xô, Triều tiên, ấn độ, Việt nam CHNG 1: TNG QUAN V VN NGHIấN CU I.t Việt nam động M503A đợc sử dụng nhiều tàu chiến đấu lực lợng hải quân (tàu quét mìn, tàu phóng lôi, tàu tên lửa ) chúng đựơc phát huy tối đa u điểm trình tác chiến biển Động M503A loại động đợc sử dụng làm hệ động lực tàu phóng lôi 206M lực lợng hải quân Mặc dù có nhiều tính u việt nhng động M503A có nhợc điểm định Đây loại động đợc nghiên cứu chế tạo từ năm chiến thứ 2, có kết cấu phức tạp, trình sửa chữa bảo dỡng khó khăn, phụ tùng vật t thay khan Để khắc phục đợc yếu tố lợi, hịên thử nghiệm việc lắp ráp thay piston M504 cho động cơM503A Do có thay đổi thông số kết cấu động cơ, yêu cầu đặt trớc đa động vào sử dụng phải tính toán lại thông số chu trình công tác, kiểm tra lại tiêu kinh tế kỹ thuật động nhằm đảm bảo động sau hoán cải hoạt động an toàn hiệu Đây công việc khó khăn đòi hỏi nhiều thời gian công sức nghiên cứu, Trong phạm vi đề tài tiến hành nghiên cứu trng thỏi nhiệt piston sau lắp thay cho động M503A mà cụ thể tên đề tài là:"NGHIÊN CứU TRNG THI NHIệT CủA PISTON động M504 KHI LắP THAY CHO ĐộNG CƠ M503A tàu HI QUN " Trong đề tài có sử dụng máy tính để hỗ trợ cho trình tính toán, cụ thể sử dụng phần mềm ANSYS để nghiên cứu vấn đề ứng suất nhiệt piston Trong trình nghiên cứu tìm hiểu chắn không tránh khỏi sai sót, khiếm khuyết Rất mong đợc thầy hớng dẫn, đóng góp ý kiến để hoàn thiện thêm đề tài ca mỡnh II.i tng nghiờn cu S phõn b nhit trờn nh piston M504 iu kin lm vic ca ng c M503A III.Mc ớch ý ngha thc tin ca ti Mc ớch kho sỏt trng thỏi nhit ca piston ng c M504 lp thay cho ng c M503A í ngha thc tin ca ti gúp phn ỏnh giỏ kh nng thay th piston ca ng c M504 cho ng c M503A IV Cỏc phng phỏp nghiờn cu Trong ti ca mỡnh tụi s dng phng phỏp nghiờn cu v lớ thuyt truyn nhit kt hp vi phng phỏp chuyờn gia ỏnh giỏ V Phng hng phỏt trin ti Tụi s c gng nghiờn cu thờm hon thin ti ca mỡnh thi gian ti v tụi mong mun cú th kt hp vi cỏc ti nghiờn cu khỏc ỏnh giỏ mt cỏch ton din hn CHNG 2: C S L THUYT I.C s lớ thuyt v trao i nhit C ch trao i nhit gia cỏc chi tit vi din ht sc phc nhng hin có ba dạng trao đổi nhiệt bản, là: - Trao đổi nhiệt dẫn nhiệt - Trao đổi nhiệt đối lu (đối lu tự nhiên, đối lu cỡng bức, đối lu môi trờng pha, đối lu môi trờng biến đổi pha) - Trao đổi nhiệt xạ Trao đổi nhiệt dẫn nhiệt Dẫn nhiệt đợc thực chuyển động nhiệt phần tử vi mô Trong kim loại dẫn nhiệt đợc thực chuyển động điện tử tự do, chất lỏng chất rắn dẫn nhiệt đợc thực chuyển động nhiệt nguyên tử, phân tử phần vật chất cạnh nhau, chất khí dẫn nhiệt đợc thực truyền lợng phân tử khí va chạm Không thể chế vi mô để xác định lợng nhiệt truyền dẫn nhiệt [3] Fourier giả thiết dòng nhiệt nh dòng chất chảy trọng lợng hình thành định luật Fourier: t n q = .gradt = Q = q.F = .F t n [W / m ] (2.1) [W] (2.2) Dòng nhiệt tỉ lệ với gradien nhiệt độ diện tích bề mặt đẳng nhiệt Trong đó: - hệ số dẫn nhiệt F - diện tích bề mặt đẳng nhiệt t gradien nhiệt độ n Dấu (-) biểu thị hớng dòng nhiệt từ nhiệt độ cao đến nhiệt độ thấp ngợc với hớng gradien nhiệt độ Trờng nhiệt độ Trờng nhiệt độ tổng hợp giá trị nhiệt độ điểm khác không gian khảo sát Nhiệt độ điểm khác có giá trị khác thời điểm khác nhiệt độ có giá trị khác nhau, nh trờng nhiệt độ phụ thuộc theo thời gian không gian [14] Trờng nhiệt độ không ổn định: t = t ( x , y, z, ) (2.3) Trờng nhiệt độ ổn định: t = t ( x , y, z) (2.4) Gradien nhiệt độ Gradien nhiệt độ thay đổi nhiệt độ đơn vị chiều dài theo phơng pháp tuyến bề mặt đẳng nhiệt, đại lợng véctơ, chiều theo chiều tăng nhiệt độ [14] gradt ( x , y, z) = t t t t no = i+ j+ k n x y z (2.5) Trong đó: n o - véctơ đơn vị phơng pháp tuyến i, j, k - véctơ đơn vị trục hệ toạ độ Mật độ dòng nhiệt định luật Fourier Lợng nhiệt qua đơn vị diện tích đơn vị thời gian gọi mật độ dòng nhiệt theo định luật Fourier mật độ dòng nhiệt tỉ lệ thuận với gradien nhiệt độ (2.1) Hệ số dẫn nhiệt Hệ số dẫn nhiệt [ W / m o K ] lợng nhiệt dẫn qua đơn vị bề mặt đẳng nhiệt đơn vị thời gian mà gradien nhiệt độ đơn vị Hệ số dẫn nhiệt phụ thuộc vào tính chất vật chất nhiệt độ đợc xác định thực nghiệm Trao đổi nhiệt đối lu Trao đổi nhiệt đối lu dạng truyền nhiệt đợc thực chuyển động chất lỏng chất khí tiếp xúc với bề mặt ngăn cách Chất lỏng chất khí đợc gọi chất chảy tiếp xúc với bề mặt ngăn cách thờng bề mặt vật rắn có độ chênh nhiệt độ tạo dòng nhiệt trao đổi nhiệt đối lu Dòng nhiệt trao đổi nhiệt đối lu phụ thuộc tính chất vật lý chất chảy, điều kiện chảy trạng thái bề mặt vật rắn Xác định dòng nhiệt trao đổi nhiệt đối lu theo công thức Newton - Richman [3]: Q = .F.t [W] (2.6) [W / m ] (2.7) Dòng nhiệt riêng: q= Q = t F Trong đó: [ W / m o K ] - hệ số trao đổi nhiệt đối lu phụ thuộc vào tính chất chất chảy, điều kiện chảy, hình dạng kích thớc vật xác định thực nghiệm F [m ] - diện tích bề mặt trao đổi nhiệt đối lu t [ o C ] - độ chênh nhiệt độ t = t w t f nhiệt độ vách t w lớn nhiệt độ chất chảy t f t = t f t w nhiệt độ chất chảy t f lớn nhiệt độ vách t w Dòng nhiệt trao đổi nhiệt đối lu đợc dẫn qua lớp biên tiếp xúc chất chảy bề mặt vật rắn, xác định theo định luật Fourier: t q = n n =0 (2.8) Từ biểu thức (2.7) (2.8) ta nhận đợc = t t n (2.9) Khi biến đổi nhiệt độ theo hớng y vuông góc với bề mặt vật, phơng trình có dạng = t t y y =0 (2.10) Phơng trình (2.9) (2.10) phơng trình vi phân toả nhiệt đối lu Trao đổi nhiệt xạ Bức xạ nhiệt dạng truyền nhiệt đợc thực sóng điện từ Khác với dẫn nhiệt đối lu (là dạng truyền nhiệt tiếp xúc), xạ nhiệt dạng truyền nhiệt không tiếp xúc Sự truyền bá tia nhiệt không gian gọi xạ nhiệt, trình trao đổi nhiệt dới dạng xạ gọi trình trao đổi nhiệt xạ Tất vật không gian, mặt biến nội thành lợng xạ, mặt khác lại hấp thụ phần lợng xạ vật khác để biến thành nội Khi nhiệt độ vật nhau, lợng phát hấp thụ vật nhau, ta nói vật trạng thái cân Khác với trao đổi nhiệt dẫn nhiệt đối lu, trình trao đổi nhiệt xạ không phụ thuộc vào độ chênh nhiệt độ mà phụ thuộc vào giá trị tuyệt đối nhiệt độ vật 10 II Cỏc phng phỏp gii v iu kin biờn Tính toán trờng nhiệt độ piston Tính trờng nhiệt độ kết cấu dùng phơng pháp sau đây: phơng pháp phân tích xác phân tích gần đúng, phơng pháp số, phơng pháp đồ thị, phơng pháp tơng tự Các phơng pháp đợc áp dụng độc lập hợp thành tổ hợp khác Trong nội dung luận văn sử dụng phơng pháp phần tử hữu hạn để xác định trờng nhiệt độ piston 1.1 Phơng trình vi phân truyền nhiệt 1.1.1 Thiết lập phơng trình vi phân truyền nhiệt Phơng trình vi phân dẫn nhiệt đợc thiết lập dựa sở định luật bảo toàn lợng, định luật Fourier dẫn nhiệt Còn đại lợng vật lý nh ( ) hệ số dẫn nhiệt [W m.o K ] ; nhiệt dung riêng vật liệu C[ J kg.o K ] ; khối l kg ] ợng riêng vật liệu [ số nguồn nhiệt bên m3 (q [W m ]) phân bố [14, 24, 26] v 33 piston động M504 lắp thay cho động M503A Ta có thông số tính toán sau: D = 0,16[m] S = 0,17[m] n = 2000[v/p] C2= 3,24.10-3 Cu= 1,5[m/s] Cm= S.n 0,17.2000 = = 11,33[m / s] 30 30 D 3,14.0,16 Vh= S= 0,17 = 3,416.10 [m ] 4 C1= 2,28 + 0,308 Cu 1,5 = 2,28 + 0,308 = 2,321 Cm 11,3 C2= 3,24.10-3 = 180.4 720 .d T = 180.4. 720 .T.d Các giá trị P,V,P1,V1,T đợc xác định trình tính toán nhiệt chu trình động cơ, trình trao đổi nhiệt piston luôn biến thiên theo chu trình công tác động cơ, nhng khối lợng tính toán lớn nên luận vân tính giá trị dl trung bình với giá trị nhiệt độ trung bình khoang công tác trình làm việc động Sau xác định đợc giá trị P, V, P1, V1, T ta xác định đợc giá trị T Trong đề tài luận văn với mục đích đánhgiá độ bền nhiệt piston M504 lắp thay cho động M503A, nên tính toán 34 trạng thái nhiệt lớn (có giá trị Tmax) Việc xác định giá trị P,T xi lanh động thông qua đồ thị P,T theo vòng quay trục khuỷu (xây dựng từ phần mềm GT power) Hình 4.2: Đồ thị áp suất xi lanh động M503A theo góc quay trục khuỷu Giá trị P,T đợc xác định theo đồ thị nh sau: T= 1800 [0K]; P= 8,5 [MPa] = 9571 [W/mm2.0K] 35 Hình 4.3: Đồ thị nhiệt độ xi lanh động M503A theo góc quay trục khuỷu Trong trình trao đổi nhiệt xạ lửa, khí đến piston.Lợng nhiệt trao đổi thông qua xạ nhiệt khí cháy lửa phụ thuộc vào mật độ, áp suất riêng phần khí cháy, trạng thái khí Theo giáo s Diachenco lợng nhiệt xạ chiếm khoảng 3-5% toàn lợn nhiệt trao đổi Do tính toán ta xét đến trao đổi nhiệt xạ thông qua phần bổ sung hệ số toả nhiệt đối lu Sau tính toán thông số thay vào công thức ta có giá trị hệ số trao đổi nhiệt nhiệt độ tơng đơng phần không gian buồng cháy nh sau: Điều kiện biên trình truyền nhiệt tiếp xúc động Trên bề mặt tiếp xúc piston bề mặt gơng xi lanh, bề mặt chốt bệ chốt piston tồn màng dầu bôi trơn mỏng thay đổi Ta coi trình truyền nhiệt hai bề mặt tiếp xúc lý tởng Ta thay trình truyền nhiệt tiếp xúc động toả nhiệt cho môi trờng Trong trình tính toán ta xét đến trao đổi nhiệt piston mặt gơng xi lanh Tuy nhiên thông số khó xác định cách xác nhiều nguyên 36 nhân Nhng ảnh hởng trình trao đổi nhiệt trờng nhiệt độ trờng ứng suất piston không lớn tính toán trờng nhiệt độ trờng ứng suất piston M504 ta chọn gần nh sau[29]: + Hệ số trao đổi nhiệt nhiệt độ vùng đầu piston ( có 04 xéc măng) : 2= 30000[W/m2.0K]= 3.10-2[W/mm2.0K] T2= 800[0K] + Hệ số trao đổi nhiệt nhiệt độ phần dẫn hớng piston 3= 300[W/ m2.0K]= 3.10-4[W/mm2 0K] T3= 480[0K] Điều kiện biên trình trao đổi nhiệt đối lu piston với dầu nhờn làm mát piston Quá trình toả nhiệt đối lu xảy váy piston, không khí te dầu nhờn làm mát piston Quá trình xảy tơng đối phức tạp nhiều bề mặt phụ thuộc vào kết cấu piston, kiểu làm mát hệ số tơng đối nhỏ Nhiệt độ biên trao đổi nhiệt đợc chọn theo nhiệt độ trung bình chất lỏng làm mát, hệ số toả nhiệt lựa chọn theo giá trị thực nghiệm động cao tốc T4=358[0K], 4=232,6[W/m2.0K]= 2.326.10-4[W/mm2.0K] II Phần mềm tính toán ANSYS Giới thiệu chung ANSYS phần mềm công nghiệp vạn dựa sở phơng pháp phần tử hữu hạn để phân tích tính toán toán Vật lý - Cơ học Thực chất phơng pháp phần tử hữu hạn sử dụng phơng pháp rời rạc hoá, chuyển phơng trình vi phân, phơng trình đạo hàm riêng từ dạng giải tích dạng số để giải toán 37 ANSYS giải toán đàn hồi, dẻo phân tích kết cấu, toán nhiệt, toán dòng chảy chất lỏng nén đợc chất lỏng không nén đợc Ngoài ra, chơng trình tính cho vật liệu từ, toán âm Kết cấu chơng trình Về mặt cấu trúc, ANSYS chia thành môđun lớn là: o Môđun tiền xử lý (preprocessing) o Môđun giải (solution) o Môđun hậu xử lý (postprocessing) 2.1 Môđun tiền xử lý (preprocessing) Môđun cho phép ngời sử dụng chuẩn bị thao tác cần thiết để chuẩn bị cho trình giải bao gồm: xây dựng mô hình hình học, xác định kiểu phần tử, lựa chọn mô hình vật liệu, chia lới phần tử hữu hạn, điều khiển lới đặt toán tiếp xúc Xây dựng mô hình hình học Xây dựng mô hình hình học ANSYS theo hai cách: xây dựng trực tiếp ANSYS xây dựng gián tiếp thông qua phần mềm khác Phơng pháp thứ dựng trực tiếp mô hình hình học giao diện đồ hoạ phần mềm mô thông qua lệnh dựng mô hình Phơng pháp có u điểm toàn liệu mô hình hình học toán đợc đa trực tiếp vào nên sai lệch chuyển đổi liệu Phơng pháp thứ hai xây dựng mô hình từ phần mềm thiết kế mạnh nh PRO/ENGINEER, CATIA, SOLIDWORK liên kết với ANSYS để đa mô hình hình học vào Phơng pháp có u điểm xây dựng đợc mô hình phức tạp, nhng nhợc điểm phơng pháp 38 trình chuyển đổi lại gây số sai khác định, đặc biệt khó điều khiển toạ độ nh tơng quan vị trí La chn kiu phn t S dng phn t Solid92 l phn t 3D kiu t din vo mụ hỡnh hỡnh hc ca piston ng c M504 dng n gin húa ta cú c mụ hỡnh piston ng c M504 di dng phn t hu hn nh hỡnh: Hình 4.4: Mô hình hình học piston M504 Lới phần tử điều khiển lới thích ứng ANSYS cung cấp cho ngời sử dụng khả chia lới điều khiển lới cách dễ dàng sau xây dựng mô hình hình học Các khả chia lới ANSYS là: chia lới theo kiểu tự (free meshs) chia lới theo kiểu đồ (mapped meshs) Mỗi kiểu chia lới có u điểm nhợc điểm riêng, chia lới kiểu tự thờng đợc áp dụng toán tính toán kết cấu toán nhiệt, chia lới kiểu đồ thờng đợc áp dụng toán phân tích biến dạng lớn 39 Hình 4.5: Chia lới mô hình tính trờng nhiệt độ 2.2 Môđun giải (solution) Môđun cho phép xác định loại tải trọng nh điều kiện biên áp đặt vào mô hình, sau tiến hành giải o Đối với toán nhiệt, tải nhiệt độ, tốc độ truyền nhiệt, nhiệt đối lu o Tải trọng nhiệt áp đặt vào mô hình ANSYS đợc chia thành số dạng bản: nhiệt độ bề mặt, nhiệt độ xung quanh, tốc độ dòng nhiệt o Điều kiện ràng buộc bậc tự toán nhiệt ràng buộc nhiệt độ o Giá trị lực đợc coi lực tập trung đặt vào nút mô hình, tốc độ dòng nhiệt toán nhiệt 40 2.3 Môđun hậu xử lý (postprocessing) Hậu xử lý khâu quan trọng bớc phân tích toán, sau tính toán mô cần phải biết kết tính toán có phù hợp với thực tế hay không? Trờng phân bố nhiệt độ vật thể phân bố nào? Mô hình lới phần tử hữu hạn tối u hay cha? ANSYS cung cấp hai môđun hậu xử lý để lu trữ kết phân tích tính toán, nhằm trả lời câu hỏi Đó môđun xử lý kết tổng quát POST1, môđun xử lý kết theo thời gian POST26 Kết toán phân tích cấu trúc đợc lu vào file Jobname.RST, kết toán phân tích nhiệt đợc lu vào file Jobname.RTH, kết toán phân tích dòng chảy đợc lu vào file Jobname.RFL III Xây dựng chơng trình tính toán Sơ đồ thuật toán 41 Khi ng ansys Chọn kiểu phần tử Khai báo thuộc tính vật liệu Xây dựng mô hình hình học Chia lưới phần tử Đặt kiểu phân tích Đặt tải điều kiện biên Giải Khai thác kết Thoát khỏi ANSYS 42 Chơng trình tính 2.1- Khởi động ANSYS 2- Chọn kiểu phần tử Sử dụng kiểu phần tử Solid 87 cho toán trờng nhiệt độ Khai báo vật liệu thông qua câu lệnh ET comand 3- Khai báo thuộc tính vật liệu Nhập thông số vật liệu bảng sau vào thuộc tính vật liệu ( MP comand) cho hai loại phần tử TT Các đặc tính vật liệu Nhiệt độ (độ K) Mô đun đàn hồi (.103 N/mm2) Hệ số giãn nở (.10-6 K-1) Hệ số dẫn nhiệt (.10 W/mm.K) Khối lợng riêng (.10-6 Kg/mm3) Nhiệt dung riêng (J/Kg.K) -3 Các giá trị tơng ứng 293 373 473 573 673 71 67 64 55 39 21.2 21.8 22.6 24 24.6 146.5 157 159 2.8 900 167 169 4.1 Thụng s ca vt liu ch to piston M504 Đối với toán trờng nhiệt độ nhập thông số: hệ số dẫn nhiệt (KXX) Nhập thông số nhiệt độ bề mặt mô hình nhiệt theo giá trị trờng nhiệt độ piston hình vào nút bề mặt (chia nhỏ mô hình theo toạ độ khác nhau) Nhập hệ số trao đổi nhiệt đối lu giá trị nhiệt độ tham chiếu vị trí bề mặt trao đổi nhiệt đối lu nh theo tính toán giả thiết (ở phần 3.1) 2.4 - Giải toán (solve) 43 Trớc giải, tiến hành bật chế độ giải nhiều trờng, đặt tải khối, giới hạn biến dạng bệ chốt, giả thiết biến dạng nhiệt không làm thay đổi hình dáng hình học piston 2.5 - Khai thác kết qa + Nhiệt độ nút + Hiển thị trờng nhiệt độ piston chế độ tính toán dới dạng hình ảnh ta thu đợc kết dới đây: 2.6 - Lu kết thoát khỏi chơng trình Hình 4.6: Trờng nhiệt độ piston động M504 nhìn tổng quát 44 Hình 4.7: Trờng nhiệt độ piston động M504 nhìn từ đỉnh Hình 4.8: Trờng nhiệt độ piston động M504 nhìn từ đáy 45 Hình 4.9: Trờng nhiệt độ piston động M504 lấy 1/4 thể tích Kết luận chơng Trong giới hạn đề tài đặt ra, mô hình tính toán trạng thái nhiệt piston kết thu đợc phản ánh tơng đối trung thực điều kiện làm việc piston Từ kết tính toán ta rút số kết luận sau: + Phân bố nhiệt độ phần đỉnh piston biến thiên phức tạp, không theo qui luật định + Nhiệt độ lớn tập chung phần đỉnh chỏm cầu vùng lõm tiếp giáp với mặt piston + Các vị trí chịu ứng suất nhiệt lớn nằm lỗ chốt piston + Các kết tính toán cho thấy giá trị ứng suất nhiệt vào khoảng 1/3 giá trị ứng suất cho phép vật liệu chế tạo piston 46 + Bài toán trạng thái nhiệt đợc giải phần mềm ANSYS, theo lý thuyết phần tử hữu hạn, tính toán đợc trạng thái nhiệt chế độ tải khác thời điểm khác nhau, thay đổi thông số đầu vào phù hợp KếT LUậN I Về phơng pháp tính - Bài toán đợc giải phơng pháp phần tử hữu hạn với phần tử khối 3D ( ba chiều có kết cấu tải trọng phức tạp) cho ta kết tốt Độ xác kết phụ thuộc nhiều vào việc xác định điều kiện biên toán - Các giả thiết đa xây dựng mô hình tính toán kết tính toán thu đợc, tơng đối phù hợp sát với thực tế - Phần mềm ANSYS sử dụng để tính trng nhiệt không phức tạp nhng thu đợc kết xác ( thể thông qua kết trờng nhiệt độ), kết đợc hiển thị hình ảnh trực quan, cụ thể, chi tiết nút, phần tử toàn kết cấu - Với phơng pháp phần tử hữu hạn, đặc biệt ứng dụng phần mềm ANSYS ta sử dung để tính toán nhiệt cho nhiều chi tiết động đốt II Về kết - Đã xác định đợc trờng nhiệt độ piston chế độ tính toán Đó sở để đánh giá độ bền nhiệt piston trình làm việc Kết phục vụ cho việc kiểm nghiệm khả thích ứng piston động điều kiện làm việc mới, phục vụ cho việc điều chỉnh chế độ làm việc động cơ, kết hợp với việc làm mát, bôi trơn phù hợp - Qua trình tính toán phần đỉnh phần lỗ chốt piston nơi chịu thay i nhiệt lớn Đây khu vực hay xảy h hỏng ứng suất nhiệt trình lắp ráp, sửa chữa cần lu ý tuân 47 thủ yêu cầu kỹ thuật nh có biện pháp làm mát phù hợp để giảm tải trng nhiệt khu vực - Với điều kiện tính toán ( điều kiện biên) nơi có thay đổi nhiệt độ diện tích tiết diện (chiều dày thành vách) lớn nơi tập trung ứng suất nhiệt cao khu vực khác [...]... điểm của động cơ M503A khi làm việc ở chế độ thấp hơn định mức nh đã nêu ở trên 25 CHNG IV: P DNG PHN MM ANSYS TNH TON TRNG NHIT CA PISTON Để tính toán trờng nhiệt độ và ứng suất của piston động cơ trên cơ sở ứng dụng phần mềm ANSYS trớc hết ta phải xây dựng mô hình tính toán dới dạng hình học, sau đó phải xây dựng mô hình phần tử hữu hạn, xác định tính chất vật liệu, các điều kiện tải trọng nhiệt. .. 2.326.10-4[W/mm2.0K] II Phần mềm tính toán ANSYS 1 Giới thiệu chung ANSYS là phần mềm công nghiệp vạn năng dựa trên cơ sở của phơng pháp phần tử hữu hạn để phân tích và tính toán các bài toán Vật lý - Cơ học Thực chất của phơng pháp phần tử hữu hạn là sử dụng phơng pháp rời rạc hoá, chuyển các phơng trình vi phân, phơng trình đạo hàm riêng từ dạng giải tích về dạng số để giải các bài toán trên ... Việc tính toán trạng thái nhiệt của các chi tiết động cơ đốt trong nói chung và của piston nói riêng nhằm xác định trờng nhiệt độ, trờng ứng suất của nó cho các chế độ làm việc tiêu biểu của động cơ 29 Điều kiện biên hình học Để tiện cho việc tính toán, ta coi piston động cơ 504 là chi tiết có tính chất đối xứng tròn xoay tuyệt đối qua đờng tâm piston cả về mặt hình học và cả về mặt tải trọng nhiệt. .. hạn của đề tài đặt ra, mô hình tính toán trng thỏi nhiệt của piston và các kết quả thu đợc đã phản ánh tơng đối trung thực điều kiện làm việc của piston Từ các kết quả tính toán ta có thể rút ra một số kết luận sau: + Phân bố nhiệt độ phần đỉnh piston biến thiên khá phức tạp, không theo một qui luật nhất định + Nhiệt độ lớn nhất tập chung ở phần đỉnh chỏm cầu và vùng lõm tiếp giáp với mặt ngoài của piston. .. Đồ thị nhiệt độ trong xi lanh động cơ M503A theo góc quay trục khuỷu Trong quá trình trao đổi nhiệt bức xạ của ngọn lửa, của khí đến piston. Lợng nhiệt trao đổi thông qua bức xạ nhiệt của khí cháy và của ngọn lửa phụ thuộc vào mật độ, áp suất riêng phần của khí cháy, trạng thái khí Theo giáo s Diachenco thì lợng nhiệt bức xạ chỉ chiếm khoảng 3-5% của toàn bộ lợn nhiệt trao đổi Do đó khi tính toán ta... trao đổi nhiệt đối lu giữa phần đáy piston với chất lỏng làm mát 26 Hình 4.1: Mô hình tính toán nhiệt của piston Các chi tiết chịu phụ tải nhiệt của động cơ thờng là những chi tiết có hình dạng kết cấu phức tạp và giữa các phần của chúng lại có sự tác dụng tơng hỗ về nhiệt, về lực và về động học với nhau.Việc xây dng mô hình hình học của piston phải đảm bảo đợc sự tơng quan giữa mô hình tính toán và... khi tính toán trờng nhiệt độ và trờng ứng suất của piston M504 ta chọn gần đúng nh sau[29]: + Hệ số trao đổi nhiệt và nhiệt độ vùng đầu piston ( có 04 xéc măng) : 2= 30000[W/m2.0K]= 3.10-2[W/mm2.0K] T2= 800[0K] + Hệ số trao đổi nhiệt và nhiệt độ phần dẫn hớng piston 3= 300[W/ m2.0K]= 3.10-4[W/mm2 0K] T3= 480[0K] Điều kiện biên của quá trình trao đổi nhiệt đối lu giữa piston với dầu nhờn làm mát piston. .. sửa chữa động cơ II Điều kiện làm việc của nhúm piston động cơ M503A trên tàu hi quõn ộng cơ M503A đợc thiết kế để trang bị làm hệ động lực chính cho tàu chiến đấu 206M Đây là loại động cơ cao tốc với tốc độ vòng quay tối đa n max= 2200v/p, nđm= 2000v/p, khi động cơ hoạt động ở chế độ định mức tải trọng nhiệt của piston rất lớn, vì vậy khi tính toán, thiết kế chế tạo và lắp ráp động cơ, khe hở nhiệt giữa... suất riêng phần của khí cháy, trạng thái khí Theo giáo s Diachencô thì lợng nhiệt bức xạ chỉ chiếm khoảng 3 ữ 5% của toàn bộ lợng nhiệt trao đổi Do đó khi tính toán ta xét đến trao đổi nhiệt bức xạ thông qua phần bổ sung của hệ số toả nhiệt đối lu Quá trình trao đổi nhiệt của piston với môi chất công tác đợc đặc trng bằng hệ số trao đổi nhiệt tổng cộng (quá trình đối lu và bức xạ), nhiệt độ của môi... chỉ chọn tính toán trờng nhiệt đ của piston động cơ M504 khi lắp thay cho động cơ M503A ở chế độ định mức - Công suất định mức: Ne N = 3300cv = 2428,8kw - Vòng quay định mức: n N = 2000 v / p Điều kiện biên tiếp xúc Các điều kiện biên tiếp xúc cơ bản biểu diễn sự tơng tác về nhiệt của bề mặt chi tiết và môi trờng xung quanh Đối với bài toán tính toán trờng nhiệt độ, trờng ứng suất của piston động cơ