缸套材质对汽车发动机温度分布的影响

在当前汽车工业快速发展的时期，汽车行业不可避免地需要朝着轻量化、低排放、低油耗的趋势发展. 汽车发动机缸体采用铝合金取代钢铁材料，能大大降低发动机的质量，进而实现节能减排的目的[1－2].目前国内绝大多数的铝质发动机需要配备铁质缸套，以使缸孔内表面能够获得足够的耐磨性能. 然而，由于铁质缸套与铝质缸体在导热系数与热膨胀系数上的差异，易使发动机在运转下出现变形、漏气等状况，而缸套采用高硅铝合金替代钢铁材料，构成“全铝发动机”[3]，则能避免上述问题. 通常铝合金的使用温度不超过150～200 ℃，温度较高时将会发生较明显的软化趋势[4]. 因此，当铝合金应用于汽车发动机时应尽量避免其使用温度过高. 当其用作发动机缸套时，对全铝发动机进行热分析就显得很有必要. 本文拟采用FLUENT软件对全铝发动机缸体和缸套进行热分析，并采用38CrMoAl钢质缸套作为对比，从传热角度探究铝合金用作新型缸套材料的合理性和优越性.

1　模型建立

1.1　发动机缸体与缸套的建模

本文选取了某型号V6发动机，运用CATIA软件分别对缸体和缸套进行三维建模，图1为发动机缸体－缸套的装配体三维几何模型.

说到做到，杰克马上开始收拾行囊，苏婷婷站在一边，束着手，拿不定主意。杰克说：我先到机场，你回去拿了东西就来。苏婷婷犹豫地：杰克，我总觉得咱这样不好。杰克兴奋地：你不觉得这样很刺激吗？跟美国大片一样。苏婷婷低下头：是很刺激，可我爸妈要生气的。杰克：咱下飞机就打电话跟爸妈道歉。好了，婷婷，咱们的浪漫之旅就要开始了，你要高兴点才对。

基于本文研究的发动机缸体－缸套三维模型对称，仅选取1/2三维模型进行数值分析，并利用HyperMesh软件对其进行网格划分，得到的网格模型如图2所示，包括556 094个单元，其中缸套划分为45 360个六面体单元，缸体则划分为510 734个四面体单元和楔形单元.

图1　缸体－缸套三维几何模型

图2　网格模型

1.2　边界条件研究

发动机在稳定工况下，高温燃气将热量传递给缸套，燃气侧是以一个工作循环为周期呈现周期性变化. 因此在分析研究缸体与缸套温度场分布时，可采用稳态温度场进行分析. 根据汽车发动机在运转情况下的工作特点，可将发动机缸体与缸套的热边界条件进行如下分类：

（1）缸套燃气侧边界条件

一般认为燃气以辐射和对流的形式将热量传递给缸套，相关研究表明一个工作循环内对流换热占据总换热量的90%以上[5]，因此在分析缸套燃气侧边界条件时，本文主要采用第三类边界条件进行热分析.根据发动机在稳定运行状态下，热流量以一个工作循环为周期呈现周期性变化的特点，可以对缸套燃气侧与缸内燃气的平均换热系数和平均燃气温度进行求解[6]. 本文采用的燃气平均有效温度1085.23 K，燃气平均有效换热系数为689 W/（m2·K）.

由于活塞的往复运动作用，使得缸内壁面上的传热系数并不一致，对流换热系数和燃气温度随着与缸套顶面距离的增加而逐渐降低，本文采用下述经验公式对缸套内壁上的对流换热系数和燃气温度进行划分 [7－8]：

发动机在运行过程中受到缸内高温燃气的热量输入，通过冷却液的降温作用带走大部分热量，而剩余热量则通过空气传递出去从而使发动机维持在一个稳定的热状态. 外界空气吸收的热量取其换热系数为50 W/（m2·K），温度为303.2 K.

式中：β＝l/s，0≤β≤1；k1＝0.537（S/D）0.24；k2＝1.45k1. h为计算点到缸套顶面的距离；Tgm为循环内燃气平均有效温度；αgm为循环内燃气平均有效换热系数；S为活塞下止点处到缸套顶面的距离；D为气缸直径. 为简化热边界条件，本文对缸套内壁上的对流换热系数和燃气温度进行分段处理，如表1所示.

表1　缸套内壁的热边界条件

缸套内壁沿轴向与气缸顶的距离/mm循环平均燃气温度/K循环内平均换热系数/（W·m－2·K－1）0～30　472.2　876.4 30～60　439.4　825.5 60～90　421.7　795.8 90～120　410.6　775.8 120～140　403.1　761.2

（2）水套边界条件

冷却液具有较高的对流换热能力，本文取冷却水的对流换热系数为2000 W/（m2·K），冷却液温度为363 K.

（3）油道边界条件

专项转移支付必须以充分发挥资金使用效益为中心。无论是哪个级次政府设立的专项转移支付资金，都要实施预算绩效管理，并将绩效评价结果作为专项转移支付调整、取消、延续，以及完善财政政策、预算安排和分配的参考因素。绩效考核应由注重专项资金投入转向资金使用效果，切实改变专项转移支付“重争取、轻管理；重分配，轻绩效；重支出，轻责任”的现状。要加强对专项转移支付项目的经济性、实施效率和实施效果进行绩效评价，把项目绩效水平和群众满意度作为安排下一年度转移支付的依据，及时落实绩效考核的激励、约束机制和责任追究机制，确保专项用途，实现上级政府政策意图。

参考文献：

发动机缸体－缸套在稳态下的温度分布如图3所示，图3（a）～图3（d）分别对应于缸套材质为38CrMoAl钢和A390铝合金的温度分布. 从图3中可以看出，发动机中最高温度出现在缸套的相邻区域，这主要是由于缸套相邻区域受到相邻两缸套中高温燃气加热的叠加作用，且此处不缺少水套的冷却作用，因此该区域的温度最高. 采用38CrMoAl钢质缸套的发动机中最高温度为471.9 K，而采用A390铝合金缸套的发动机中最高温度为448.1 K，由此可见采用铝质缸套后发动机的最高温度降低了23.8 K.

将网格模型的对称面、缸体的顶面与底面以及缸套的顶面与底面设置为绝热边界条件.

（5）其他边界条件

立体几何的学习，一般体现为“直观感知——操作确认——思辨论证——度量计算”这样一个认知过程．本题给出图形便于学生感知，第一问要求学生进行论证，并在此基础上进行度量计算，考查学生的观察、想象、分析、判断及推理能力．立体几何的学习需要学生具备必要的空间想象能力、推理论证能力和运算能力，这对于学生后继学习具有重要意义，更是相关技术职业工作必不可少的基础能力．

Hadoop系统是MapReduce架构的开源实现，由于其对海量数据进行分布式处理的能力，得到了各行业应用领域的广泛使用[1]。MapReduce架构下的作业执行主要包括两个阶段：规约的Map阶段和映射的Reduce阶段。其中，Reduce阶段以Map阶段的输出作为自己的输入。因此，需要将Map阶段的结果传输到Reduce任务的执行节点，这一过程需要耗费一定的网络带宽资源。在数据中心环境下，网络资源属于较稀缺的资源，往往成为系统应用的瓶颈。在Hadoop系统中，通过使用数据压缩技术，将Map的输出结果进行压缩，再在Reduce节点进行解压缩。然而，解压过程也会引起一定的计算、时间开销。

1.3　缸体－缸套材料的物性参数

为简化热分析模型，忽略缸套与缸体接触面上的热阻，在FLUENT软件中将发动机缸体与缸套的接触面处理成耦合面（coupled wall）. 发动机缸体采用A356铝合金，而缸套分别采用A390铝合金和38CrMoAl钢进行缸体与缸套的耦合热分析，缸体与缸套材料的物性参数如表2所示.

表2　缸体与缸套材料的物性参数

温度/K　密度/（kg·m－3)热导率/（W·m－1·K－1)比热/（J·g－1·K－1)A356　38CrMoAl　A390　A356　38CrMoAl　A390　A356　38CrMoAl　A390 573179.8　31.427　137.7　1.018　0.576　0.976 523　181.8　30.692　140.8　0.998　0.552　0.957 473　183.6　29.704　143.7　0.977　0.531　0.937 423　184.9　28.492　146.3　0.955　0.511　0.916 373　185.6　27.096　148.5　0.932　0.492　0.932 323　185.4　25.561　149.7　0.904　0.473　0.865 2 670　7 735　2 810

2　结果与分析

（4）绝热边界条件

随着与缸体顶部距离的增加，缸体的温度分布呈现出与缸体顶面距离的增加而逐渐降低的趋势，且温度梯度也逐渐减小，最低温度出现在曲轴的支撑座上. 采用38CrMoAl钢质缸套的发动机中最低温度为354.1 K，而采用A390铝合金缸套的发动机中最低温度为355.4 K，可见缸套材质对缸体中最低温度的影响可以忽略.

图3　发动机缸体－缸套的温度分布

ddPCR和qPCR的标准曲线分别见图4和图5。由图可知，ddPCR的R2值为0.9955，斜率为-0.886，最低检测限为 2.647 copies/μL。qPCR 的 R2值为0.9917，斜率为-1.406，最低检测限为26.47 copies/μL。结果表明：ddPCR和qPCR的线性关系均较好，ddPCR最低检测限低于qPCR。

那么就去尝试、去探索吧，在你积累了许多知识经验，见识了更多事物，有了更广阔的眼界之后，你才容易找到喜欢、适合的事情，你才能安于做更好的自己。

通过对比使用两种缸套材质的缸体温度场可以看出，采用A390铝合金缸套的缸体中温度差更小，温度分布更加均匀，表明了缸体在运行过程中的热变形更小. 此外，A390合金缸套中的最高温度为448.1 K，此温度下A390合金仍然保持较高强度，体现了A390铝合金替代铁质材料用作发动机缸套的优越性.

（1）小苏打：由于百香果的pH值过低，与鲜奶混合会出现絮状物，因此需把百香果汁和胡萝卜汁的混合液调节pH值为6.5。水与小苏打的配比为1∶15，溶解后备用。

图4　缸体沿yz平面的温度切片

图5所示是38CrMoAl和A390合金两种材质缸套的温度分布. 从图5中看出，缸套总体的温度分布情况大致相同，温度随着与缸套顶面距离的增加而逐渐降低，处在中间位置的缸套温度最高，主要是中间缸套的冷却条件最差，同时还要受到相邻两个缸套内热量的径向传递作用. 对比两种材料，缸套中的温度分布仍存在一些差异：同一高度处A390缸套的温度要小于38CrMoAl缸套，在整个缸套中的温度差也是A390合金缸套（70.8 K）小于38CrMoAl合金缸套（96.3 K）.

图5　缸套的温度分布

3　结论

本文利用FLUENT软件对发动机缸体－缸套进行了热分析，得到了缸体内部的温度分布. 数值模拟结果表明，缸体中温度随着与缸套顶面距离的增加而逐渐降低，缸体中的最高温度出现在缸套的相邻区域，而最低温度出现在曲轴的安装位置处. 通过对比使用38CrMoAl和A390合金缸套的缸体温度分布发现，缸套材质采用A390合金后，缸体中的最高温度降低了23.8 K，A390合金缸套中的最高温度为448.1 K，使得A390合金在发动机运行过程中仍然具有较高的强度，体现了A390铝合金替代铁质材料用作发动机缸套的优越性.

所有润滑油道壁面采用恒定热边界条件，本文取对流换热系数为130 W/（m2·K），温度为403.2 K.

为进一步观察缸体内部的温度分布，在缸体模型的yz平面上进行温度场切片处理，切片位置分别距离缸体左端面15，70，125和180 mm，图4为缸体沿yz平面的温度切片结果. 从图4 可以看出，随着与缸套顶面距离的增加，缸体的温度逐渐降低，缸套内壁面处的温度要高于缸体的外表面区域.

（3）精益服务量表为旅游服务企业了解顾客反馈、确定自身的精益服务水平提供了可操作的测量工具。现行的旅游服务企业顾客反馈主要通过开放式的顾客点评和简单的“是否满意”类问卷调查进行，缺乏能够支持深入分析的结构化的测量工具。精益服务量表不仅可以用来测量顾客对旅游服务企业所提供的服务价值的感知水平，还可以对旅游服务企业的精益服务水平和服务供给系统各要素的情况进行辅助分析，如作为结果变量探索或验证精益服务各要素之间的关系、探索旅游服务企业精益服务水平与顾客满意和顾客忠诚的关系等。

[1]林雪冬，何弢. 全铝风冷发动机缸套－缸体的制备技术及其传热性能研究[J]. 铸造，2016，65（2）：119－123.

[2]张先鸣. 汽车用材料技术动向[J]. 汽车工艺师，2006（10）：68－71.

2.3.1 钩虫分布特征 钩虫虫体单纯发现在十二指肠降部共51例(40.80%)，单纯发现在十二指肠球部共48例(38.40%)，发现在十二指肠降部及球部共26 例(20.80%)，均予活检钳钳出虫体，经送检确诊为钩虫，见表2。

[3]秦丽柏，孙廷富，张树勇，等. 高硅铝合金缸套材料摩擦学性能研究[J]. 兵器材料科学与工程，2010，33（6）：69－72.

[4]POLMEAR I J， COUPER M J. Design and development of an experimental wrought aluminum alloy for use at elevated temperatures [J]. Metallurgical and Materials Transactions A， 1988， 19（4）：1027－1035.

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