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过载条件下固体火箭发动机燃烧稳定性分析檀叶;何景轩;孙展鹏【摘要】为了研究过载对固体火箭发动机燃烧稳定性的影响,对Φ315发动机开展了数值计算和过载试验.通过对发动机进行三维两相流场模拟,分析了过载和无过载两种条件下发动机燃烧室内的流场和颗粒浓度分布特性;利用不稳定燃烧线性理论计算了两种条件下的增长系数,并根据线性稳定性判据评估了发动机的燃烧稳定性,与试验结果吻合.分析认为:过载引起的颗粒浓度分布变化是发生不稳定燃烧的关键因素.【期刊名称】《弹箭与制导学报》【年(卷),期】2015(035)003【总页数】4页(P113-116)【关键词】固体火箭发动机;过载;数值模拟;线性理论;燃烧稳定性【作者】檀叶;何景轩;孙展鹏【作者单位】西安航天动力技术研究所,西安710025;西安航天动力技术研究所,西安710025;西安航天动力技术研究所,西安710025【正文语种】中文【中图分类】V435不稳定燃烧是固体火箭发动机的一种非正常工作状态,也称为燃烧不稳定性或振荡燃烧,是发动机研制过程中经常遇到的棘手问题之一。
其重要特征是燃烧室压强、推进剂燃速等参数以发动机内声腔固有频率作周期或近似周期性的变化。
早期50%以上的固体火箭发动机存在不同程度的不稳定燃烧现象,轻则引起内弹道曲线异常,严重时则引起发动机爆炸[1]。
固体火箭发动机线性稳定性分析是用理论计算方法预先估计发动机发生燃烧不稳定现象的可能性,即根据增长系数的正负来判断发动机是否有发生不稳定燃烧的趋势,预估发动机发生不稳定燃烧的可能性。
目前,国内外对燃烧稳定性分析都取得了一定的成果,但对于过载条件下固体火箭发动机燃烧稳定性分析还是空白。
文中对Φ315发动机开展了数值计算和地面过载试验。
在过载和无过载两种条件下对Φ315发动机进行三维两相流场计算,再基于线性理论讨论固体火箭发动机燃烧稳定性,并进行试验验证。
研究了过载对颗粒相以及燃烧稳定性的影响。
文中针对固体发动机燃烧室内气相和颗粒相的流动特点,将复杂的两相流动做适当简化处理:不考虑气相化学反应;不考虑颗粒相的燃烧、蒸发、破碎;不考虑两相之间的热传递;不考虑气相及颗粒相的湍流效应;假设过程为定常流。
预混燃烧室热声不稳定性的数值分析基于现代燃烧理论，以及计算流体力学、多相流动和计算机仿真等多种方法来对燃烧器的气固流场进行精确描述。
但是实际的燃烧过程并非如此简单明了。
例如，为改善燃烧性能而采取加强燃料与氧化剂之间反应激烈程度的措施后，会产生极其复杂的燃烧气流流场；或者通过减小预混比提高烟气速度，虽然可有效地降低烟气温度从而降低火焰温度，但却使噪声问题变得更严重，且影响喷雾粒子的运动轨迹。
这些因素都需要建立相应的模型才能获得完整准确的结果。
因此，开展多相流体力学与计算机技术相结合的试验研究成为必须。
关键词：预混燃烧室热声不稳定性的数值分析摘要：本文研究了新型预混燃烧技术——预混火焰燃烧室在高温火焰辐射噪声上存在的问题及解决办法。
首先阐述了几种常用的几何外形的燃烧室形状，以及影响它们的主要因素。
最后提出了一个预混火焰燃烧室模型，并采用计算流体力学和计算机仿真两种手段对该模型进行了数值模拟，说明模型的有效性。
模型预测出燃烧区域的中心温度可达到3500℃左右，但由于所考虑的面积仅为整个燃烧室的10%～20%，实际上的辐射温度将远大于此值。
另外，热声系统包括喷口部位的空气流场以及噪声源、喷管、风扇叶片、加热丝等组件。
空气流场产生的气动噪声已经广泛引起人们的注意。
如果把燃烧器喷嘴处的气流按燃烧区内气流一样进行理想计算，就无法得知流场产生的噪声。
即便如此，依据相同的数据，也还难以分辨噪声源和加热丝的差异。
因此，在本文中引入了一个新的概念：噪声源，作为预混火焰燃烧室各组件的参数，从而给出了两个加热丝、四根加热棒以及喷嘴附近一小块加热棒在同一工况下的数值仿真结果。
这样做不仅可以给出加热丝的功率密度随尺寸变化的规律，而且可以清楚地看到哪些部件属于不希望有噪声产生的环节，给未来设计带来启示。
随着我国航空、航天事业的发展，航空发动机的推力越来越大，尾气排放指标也日益苛刻，诸如环境污染和噪声问题正成为限制航空发动机发展的瓶颈。
136 北京，2009年10月 A P C 联合学术年会论文集基金项目：国家“八六三”计划节能与新能源汽车重大专项项目（2008AA11A121）作者简介：邓义斌，男，1979.10，广西壮族自治区鹿寨县人，华中科技大学博士生，主要研究方向为热流控制与管理；dengyb_whut@汽车热管理系统及其研究进展邓义斌1,2 ，黄荣华1 ，王兆文1 ，程 伟3(1． 华中科技大学能源与动力工程学院 湖北武汉 430074，2．武汉理工大学能源与动力工程学院 湖北武汉 430063，3．东风商用车研发中心 湖北武汉 430056 )摘 要：汽车热管理技术是汽车提高经济性和动力性、保证关键部件安全运行和车辆行驶安全的重要途径。
介绍了汽车热管理的内涵和研究内容；报告了汽车热管理的发展现状与相应的仿真和试验研究方法；阐述了进行汽车热管理集成研究的重要性；指出只有深入研究系统的流动与传热机理，综合利用废热，从整车热管理集成的高度来进行优化匹配设计，才能发挥汽车热管理系统的最大优势。
关键词：汽车 热管理 节能 传热 发动机中图法分类号：TK407 文献标识码：ADevelopment in the Study of Vehicle Thermal Management SystemDeng Yibin 1,2 Huang Ronghua 1 Wang Zhaowen 1 Cheng Wei 31. School of Energy & Power Engineering, Huazhong University of Science & Technology, Wuhan 430070, China2. School of Energy & Power Engineering, Wuhan University of Technology, Wuhan 430063, China3. Dongfeng Motor Corporation, Wuhan 430056, ChinaAbstract: Thermal management has become a significant approach to improve the economy and dynamic of vehicle, to ensure the safety of vital assembly and automobile driving. This paper, firstly, introduced concepts and the main research contents of vehicle thermal management, then summarized the development of vehicle thermal management and simulation and experimental research methods corresponding to it. Finally, it pointed out that by the investigation on thermal management system integration with vehicle body, the actual performance of vehicle can be advanced.Key words: vehicle; thermal manageme nt; energy conservation; energy conservation; engine1 汽车热管理的内涵运用热力学原理提高整个系统或装置的能量利用率，减少废热损失、提高系统的稳定性和可靠性的相关技术，从整体的角度来管理热量称为热管理。
过滤燃烧火焰锋面不稳定性的实验研究薛治家;于庆波;刘慧;史俊瑞【摘要】实验研究甲烷/空气预混气体在多孔介质燃烧器中燃烧的火焰锋面不稳定特性.结果表明,给定一个初始非均匀预热区域,在当量比为0.41,流速为0.42 m/s时,在6mm的小球填充床内,火焰锋面由较为规则的对称火焰逐渐演变为倾斜火焰,并最终分裂为上下两个区域.在布置填充床的同时,对填充床进行夯实,降低孔隙率分布不均匀性.在孔隙率均匀的填充床内,初始的非均匀预热区域,使得火焰的传播极其不稳定,最终导致熄火;即使给定初始均匀的预热区域,火焰锋面依然具有一定的不对称性.填充床的结构不均性是过滤燃烧火焰锋面倾斜的主要原因,而初始的不均匀因素将加剧火焰传播的不稳定性.【期刊名称】《东北大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2013(034)009【总页数】4页(P1273-1276)【关键词】多孔介质;过滤燃烧;火焰传播;不稳定;实验研究【作者】薛治家;于庆波;刘慧;史俊瑞【作者单位】东北大学材料与冶金学院,辽宁沈阳110819;东北大学材料与冶金学院,辽宁沈阳110819;东北大学材料与冶金学院,辽宁沈阳110819;沈阳工程学院能源与动力工程学院,辽宁沈阳110136【正文语种】中文【中图分类】TN914.3低速过滤燃烧具有独特的优势，但作为一种带化学反应的流体流动，势必具有非稳定特征，目前已被广泛研究［1－2］.国内外研究者先后在实验中观测到低速过滤燃烧非稳定现象:火焰前沿破裂(break)、倾斜(inclination)、热斑(hot spot)、胞室(cellular structure)和双波等非稳定结构，并主要表现为倾斜和热斑两种非稳定现象.火焰面倾斜是指燃烧波锋面相对于燃烧波传播的法向发生倾斜，且其倾斜度可能随着波的传播持续加剧.20世纪90 年代，Minaev 等［3］在多孔介质燃烧器中观测到了火焰锋面倾斜，并通过理论分析证明，燃烧器直径越小，倾斜越不明显；火焰向上游传播是稳定的，向下游传播是不稳定的.火焰面倾斜的出现和加剧导致燃烧不完全、燃烧温度下降，最终可能熄火，严重阻碍了过滤燃烧技术在工业中的广泛应用，是迫切需要解决的问题.火焰倾斜可能是系统受到扰动后结构重组的结果，Kakutkina［4］总结了过滤燃烧两种主要的不稳定现象，即燃烧波锋面倾斜和热斑，采用简化的热模型［4］、动力学模型［3］和流动竞争法［5］研究了火焰倾斜的稳定性；同时在实验中观测了倾斜的演化规律，但他们对倾斜和热斑的动态形成过程，以及倾斜传播的定量分析，依然没有给予关注.美国Kennedy 研究组对过滤燃烧的非稳定性进行了大量的研究工作［5－6］.文献［5，7］对火焰倾斜研究取得了一些进展，他们应用流动竞争法(method of flow competition)分析扰动的动态特性.Dobrego等［8］的实验和理论研究表明，倾斜幅度的增长速度与燃烧波的传播速度成正比.Dobrego 等［9］在随后的研究中，通过实验和二维数值模拟，证实了扰动热力竞争的倾向，而倾斜经过初始形成阶段、线性增长阶段和扰动补偿阶段.Fursenko 等［10］在实验中发现过滤燃烧火焰向下游传播过程中发生分裂. 由于多孔介质结构的随机性和复杂性，数值计算很难符合实际情况，因此需要通过大量的实验研究进行分析及验证.基于以上分析，本文设计和制作了可以研究多孔介质中燃烧波和热波传播规律的实验台，用于研究燃烧波传播过程中的非稳定现象.实验通过改变初始条件，观测并分析由此带来的火焰传播不稳定现象，从而探索外部因素对过滤燃烧的影响.1 实验系统过滤燃烧实验台如图1 所示，实验采用甲烷/空气预混燃烧，其中甲烷纯度99.999%；温度采用NI 温度采集系统；烟气分析采用Testo350.图2 为燃烧器所用氧化铝小球及泡沫陶瓷.图3 为燃烧器布置示意图，它采用耐高温透明石英玻璃管.实验中燃烧器的结构布置有三种方法:1)初始条件1 如图3 左侧图所示，预热区域具有初始倾斜，燃烧区域布置过程中小球自由堆积；2)初始条件2 与初始条件1 不同的是，燃烧区域布置过程中小球自由堆积的同时进行夯实；3)初始条件3 如图3 右侧图所示，预热区域不具有初始倾斜，燃烧区域布置过程中小球自由堆积.实验观测内容:火焰形态及传播过程中不稳定情况；燃烧器出口及管壁温度等的变化；烟气成分.图1 实验装置示意图Fig.1 Experiment device diagram图2 耐高温氧化铝小球及泡沫陶瓷Fig.2 Alumina ball and ceramic foam图3 初始倾斜，无初始倾斜燃烧器(单位：mm)Fig.3 Initial inclination and no initial inclination burner (unit：mm)2 实验结果及分析2.1 实验方法实验初始阶段在预热区域布置小球并进行预热，预热完成后在燃烧区域布置小球，计时拍摄.1)预热工况:预混当量比0.79，甲烷和空气流量0.12 和1.44 m3/h，预热15 min；2)实验工况:预混当量比为0.41，甲烷和空气流量分别为0.18 和4.2 m3/h.2.2 实验结果及分析1)燃烧器布置初始倾斜，小球自由堆积.在本组实验中，如图4 所示，在180 s，高温火焰近似对称分布，由于多孔介质的导热和辐射作用以及燃烧器壁面的热损失，燃烧器高温区上下锋面呈现抛物线分布.火焰向下游传播的过程中，火焰亮度逐渐降低，火焰的形态也发生了很大的变化.图4 初始条件1 火焰形态变化图(当量比0.41，流速0.42 m/s)Fig.4 Flame propagation diagram of initial conditions 1(equivalence ratio 0.41，velocity 0.42 m/s)如图5 所示，在火焰到达燃烧器中部540 s 时开始出现明显倾斜，火焰整体类似于S 形，其中头部火焰较亮，而尾部火焰较暗.当燃烧波传播到720 s 以后，火焰发生了很大的形变，即高温区域不再对称，在1 080 s 时火焰高温区分裂成上下2个区域，较高位置的火焰紧贴右侧管壁，而较低位置的火焰倾斜.2 340 s 时火焰传播到燃烧器出口，其主体火焰仍在多孔填充床内，燃烧器出口出现很多蓝色小火苗，而填充床中还有黄色高温区，这说明至少存在两个高温区.图5 540，1 080 和2 340 s 时刻的火焰图Fig.5 Flame appearance in 540，1 080 and 2 340 seconds以上分析表明，给定初始的倾斜高温区，火焰初期的形态近似对称分布，随着火焰下游传播，火焰发生了很大的形变，说明初始的扰动对火焰的发展有很大的影响. 2)燃烧器布置带初始倾斜，小球夯实堆积.如图6 所示，在180 s 时，火焰近似对称分布，随后火焰不断偏向燃烧器右侧，且火焰亮度不断降低，高温区域不断减小.在900 s 时，火焰面传播到燃烧器中部130 mm 处，火焰高温区形状不规则状态开始加剧，随后火焰高温区逐渐聚集到右侧管壁.在1 260 s 时，火焰面传播到燃烧器中上部180 mm 处，之后火焰高温区缩小并停留在一侧管壁，最终熄火.这是由于对填充床进行了夯实，燃烧器内孔隙率分布较为均匀，相对较大的孔隙区域较少，而且燃烧器壁面的热损失较大，因此未能传到燃烧器出口.而在初始条件1 中，火焰传播到了燃烧器出口，这是由于燃烧器内的小球未夯实，因此填充床内局部孔隙率较大.实验初始条件1和初始条件2 的实验结果与Zheng 等［11］数值模拟结果相似，即初始的火焰倾斜状态将加剧火焰向下游传播过程中的不稳定状态.图6 初始条件2 火焰形态变化图(当量比0.41，流速0.42 m/s)Fig.6 Flame propagation diagram of initial conditions 2(equivalence ratio 0.41，velocity 0.42 m/s)3)燃烧器布置无初始倾斜，小球自由堆积.如图7 所示，火焰传播过程中，火焰锋面较为平稳、对称.本实验通过红外测温仪得到高温火焰区域的燃烧器外壁温度随时间变化的趋势.如图8所示，每个温度点是由同一时间及空间位置测量三次求平均值获得，高温区域的壁面温度变化不大.当火焰达到燃烧器出口时，高温区燃烧器壁面温度急剧下降.如图9 所示，从实验开始到480 s时间内燃烧器出口烟气温度近似呈现线性上升趋势，出口烟气温度呈现近似线性上升趋势.图7 初始条件3 火焰形态变化图(当量比0.41，流速0.42 m/s)Fig.7 Flame propagation diagram of initial conditions 3(equivalence ratio 0.41，velocity 0.42 m/s)图8 火焰中心处管壁温度Fig.8 Tube wall temperature in flame centre图9 燃烧器出口烟气温度Fig.9 Gas temperature in the outlet of burner烟气成分测定采用电子烟气分析仪Testo350，测得结果如表1 所示.可以看出，O2，CO，CO2和NOx的排放变化不大.CO 的排放浓度较为均匀，说明燃烧比较稳定，与图7 中的火焰传播形态吻合.表1 燃烧器出口干烟气成分(当量比0.41，流速0.42 m/s)Table 1 Gas component in the outlet of burner(equivalence ratio 0.41，velocity 0.42m/s)3 结论1)给定火焰锋面一个初始倾斜角度，火焰向下游传播过程中，锋面形态极其不稳定，不稳定情况随着向下游的传播而加剧，在实验中火焰面分裂为2 个高温区域.而无初始倾斜角度时，火焰传播较为稳定，火焰形态较为规则.2)当将填充床夯实后，床内小球孔隙率分布较为均匀，由于初始的倾斜火焰状态，使得火焰传播同样也不稳定，并最终导致熄火，说明填充床的结构不均匀性是多孔介质燃烧器火焰传播不稳定性一个重要因素.参考文献：【相关文献】［1］Wood S，Harris A T.Porous burners for lean-burn applications［J］.Progress in Energy and Combustion Science，2008，34(5):667－684.［2］Mujeebu M A，Abdullah M Z，Bakar M Z，et al.Applications of porous media combustion technology［J］.Energy，2009，86(9):1365－1375.［3］Minaev S S，Potytnyakov S I，Babkin V bustion wave instability in the filtration combustion of gases［J］.Combustion Explosion and Shock Waves，1994，30(3):306－310.［4］Kakutkina N A.Some stability aspects of gas combustion in porous media［J］.Combustion Explosion and Shock Waves，2005，41(4):395－404.［5］Kennedy L A，Fridman A A，Saveliev A V.Superadiabatic combustion in porous media:wave propagation，instabilities，new type of chemical reactor［J］.International Journal of Fluid Mechanics Research，1996，22:1－27.［6］Saveliev A V，Kennedy L A，Fridman A A.Structures of multiple combustion waves formed under filtration of lean hydrogen-air mixture in a packed bed［J］.Symposium(International)on Combustion，1996，26(2):3369－3375.［7］Dobrego K V，Zhdanok S A.Physics of filtration combustion of gases［M］.Minsk:ITMO NAN Belarusi，2002.［8］Dobrego K V，Zhdanok S A.Experimental and analytical investigation of the gas filtration combustion inclination instability［J］.International Journal of Heat and Mass Transfer，2001，44:2127－2136.［9］Dobrego K V，Kozlov I M，Bubnovich V I.Dynamics of filtration combustion front perturbation in the tubular porous media burner［J］.International Journal of Heat and Mass Transfer，2003，46:3279－3289.［10］Fursenko R，Minaev S，Maruta K，et al.Characteristic regimes of premixed gas combustion in high-porosity micro-fibrous porous media［J］.Combustion Theory and Modeling，2010，14(4):571－581.［11］Zheng C H，Cheng L M，Saveliev A，et al.Numerical studies on flame inclination in porous media combustors［J］.Heat Mass Transfer，2011，54(15):3642－3649.。
基于热声解耦方法的燃烧不稳定性预测
高宇鹏;李俊杰;刘巍;李敬轩
【期刊名称】《实验流体力学》
【年(卷),期】2022(36)1
【摘要】大型空气加热器易发生燃烧不稳定现象,造成加热器不能按预想状态工作,甚至失效。
由于难以通过试验获得加热器燃烧室内部的精确参数,因此数值仿真是预测燃烧不稳定性的重要手段。
通过对燃烧室内部燃烧-声学解耦的方式,分别计算火焰对声学扰动的响应和声学系统在热源扰动下的响应,将声学扰动下的燃烧响应表征为火焰传递函数,最终可获得燃烧室的不稳定模态频率并对其是否发生不稳定燃烧进行预测。
结果表明:某型空气加热器的模态频率为1 389.9 Hz,且在声学模态上是稳定的;预测结果与试验结果符合较好,证明该方法具备良好的预测能力。
【总页数】8页(P11-18)
【作者】高宇鹏;李俊杰;刘巍;李敬轩
【作者单位】北京动力机械研究所;北京航空航天大学宇航学院
【正文语种】中文
【中图分类】TK49
【相关文献】
1.基于极限学习机模型的流动不稳定性多热工参量联合预测方法
2.预混燃烧室热声不稳定性的数值分析
3.基于热解-重整-燃烧解耦三床气化系统的生物质催化制富氢
气体4.耦合热声网络与激励盘模型预测燃烧室的不稳定振荡5.关于热声不稳定性现象的一种控制方法
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预混燃烧室热声不稳定性的数值分析摘要：预混燃烧室热声不稳定性是影响发动机性能的关键因素，本文针对当前广泛使用的两种燃气轮机—— WGC 和 FSH2。
首先采用线性代数法进行燃烧模型简化处理；其次，运用能量方法，并基于正则化方法，提出了预混火焰的热点位置、稳态及瞬态能谱分析的新方法，通过能量的变化来判断不同燃烧室形式下预混燃烧的不稳定性，并在实验结果上给出了最优化解决办法。
所得结论有助于我们更深入地认识燃气轮机技术以及如何改善性能，为今后该领域的相关研究打开一扇新的窗口。
研究表明，多维预混火焰燃烧时存在三个独立的自由度，分别为火焰中心的温度场、离子化区域的压力场以及火焰与外界的辐射换热系数。
与单组元燃烧时燃料相互作用的模型和基于温度梯度模型（ DTFT）的简化模型相比，三组元燃烧时火焰的总体结构发生了显著变化。
而热点位置是多维燃烧条件下反映燃烧特征的重要参数之一，它可以直观描述火焰内部微观不稳定区域的边缘状况。
对于传统火焰的燃烧过程而言，大多数文献都采用热电偶温度测量值进行计算分析。
但是在预混火焰这样一类非常复杂的流动模型中，传统温度测量方法受到很大的限制，导致了其无法反映实际燃烧情况。
另外，在计算中也会产生许多未知的干扰信息，对计算结果造成严重的影响[1]。
因此，在进行多组元燃烧过程研究时，必须采取新的方法来探索热点位置的变化规律。
为此，文章引入了能量转移概念。
通过一种线性代数方法（即热平衡方程），可将预混火焰模型中每个局部过程所包含的能量均匀地向整个火焰输送，从而获得全局燃烧温度场分布图，再利用能量转移矩阵法（ RBFM）等多元线性回归方法求解热点位置的统计参数。
对于传统火焰的燃烧过程而言，大多数文献都采用热电偶温度测量值进行计算分析。
但是在预混火焰这样一类非常复杂的流动模型中，传统温度测量方法受到很大的限制，导致了其无法反映实际燃烧情况。
另外，在计算中也会产生许多未知的干扰信息，对计算结果造成严重的影响[1]。
耦合详细反应机理的低碳烷烃预混火焰结构三维数值预测蒋勇;邱榕;范维澄
【期刊名称】《自然科学进展》
【年(卷),期】2002(012)004
【摘要】通过刚性反应系统算法器,将KIVA III源码与CHEMKIN III程序有机耦合形成大型计算燃烧学程序IPIC-CFD II,用于研究在考虑详细化学反应动力学机理下,低碳烷烃类燃料的三维复杂流动燃烧过程.以一个模型燃烧室内的高压
C7H16/O2/N2预混气燃烧作为计算背景,对其着火和火焰传播过程进行三维数值模拟,以具体说明该软件的应用效果.
【总页数】4页(P442-445)
【作者】蒋勇;邱榕;范维澄
【作者单位】中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室,合肥230026;中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室,合肥230026;中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室,合肥230026
【正文语种】中文
【中图分类】O4
【相关文献】
1.添加氢气的甲烷/空气预混火焰结构的数值预测 [J], 蒋勇;邱榕;宋崇林
2.耦合天然气详细反应机理的三维湍流预混火焰结构数值预测 [J], 蒋勇;邱榕;董刚;范维澄
3.耦合详细/半详细反应动力学机理的碳氢燃料预混气着火过程及火焰结构数值预测 [J], 蒋勇;朱宁;邱榕;王祖汉
4.低压CH4/O2/N2预混火焰结构的数值预测 [J], 董刚;陈义良
5.耦合详细反应动力学机理的碳氢燃料预混火焰结构数值预测 [J], 蒋勇;邱榕因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
华中科技大学硕士学位论文燃烧室耦合系统不稳定传热三维数值分析研究姓名：董哲林申请学位级别：硕士专业：动力机械及工程指导教师：陈国华;蒋炎坤20070610摘要本文进行了内燃机燃烧室耦合系统传热三维数值分析的研究，并以汽油机燃烧室为例进行了应用研究。
文中，发展了基于润滑油膜为一维热阻的燃烧室耦合系统三维瞬态传热和过渡工况传热的有限元数值分析模型。
以LJ377MV汽油机为研究对象，对燃烧室耦合系统三维瞬态传热进行了计算与分析，得出了瞬态传热过程中燃烧室耦合系统每一瞬时的三维温度场，燃烧室耦合系统三维周期性瞬态温度场计算结果显示出，LJ377MV汽油机活塞顶面循环瞬态温度场的波动幅度以及顶面上各点的稳态温度都有较大的影响。
文中还进行了燃烧室耦合系统过渡工况下三维非稳定传热的计算，结果显示，发动机启动的过渡工况中，零件系统（特别是燃气侧）要经历较剧烈的温度变化历程。
该温度历程会产生很大的准静态热应力。
根据耦合系统整体温度刚度矩阵为稀疏矩阵的特点，采用一种基于链表数据结构的稀疏矩阵算法来形成整体刚度矩阵，通过沿对角线选主元的GAUSS消元法，实现了高速求解线性方程组，从而大大提高了计算效率。
本文改善了发动机燃烧室耦合系统三维传热计算程序，模拟得到的LJ377MV汽油机周期性瞬态以及过渡工况温度场，对该型汽油机的优化与改进具有重要的指导意义。
关键词：内燃机；瞬态传热；不稳定传热；二维链表ABSTRACTIn this paper, 3-D numerical analysis for heat transfer of Coupling system within combustion chamber in internal combustion engine is studied .Firstly, the discrete formulae of 3-D transient heat conduction and non-steady heat conduction under operating conditions of the coupling moving piston assembly-lubricantfilm-liner system are developed. Secondly, the transient heat conduction of 3-D movingpiston assembly-liner coupling system for LJ377MV gasoline engine is studied. As a result,the 3-D temperature field of the system during transient heat conduction process is obtained.The result has revealed the top of the piston of LJ377MV gasoline engine endures acutedynamic thermodynamic load. Thirdly, non-steady heat conduction process of 3-D movingpiston assembly-liner coupling system for LJ377MV gasoline engine is studied, as a result,the 3-D temperature field of the system on this condition is obtained. The result hasrevealed, the temperature field has been effected greatly by the 3-D structure of thecoupling system. Then, the storage of sparse matrix grounded on two-dimensional chaintable data structure as well as means of seeking answers of corresponding linear equationsis applied in calculating of heat transformation in the Coupling system within combustionchamber. With ameliorating the storage structure of two-dimensional chain table datastructure, picking up major element following the diagonal of the matrix, calculation of thesparse matrix which is applied in finite element analysis is more effective.The heat conduction process of Coupling system in LJ377MV has been analyzed with the developed software and the reasonable simulation results of the cyclic transient andnon-steady heat transfer under transient operating conditions were obtained. The resultprovide a foundation method of then improvement and optimum design for the engine.Keywords: Internal combustion engine ; Transient heat transfer; Non-steady heat transfer;two-dimensional chain table独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。
对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描复制保存手段和汇编本学位论文。
保密□，在年解密后适用本授权书。
本论文属于不保密□。
（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日1绪论本章主要说明《内燃机燃烧室部件温度场有限元分析》的课题背景及意义。
在大量阅读国内外相关文献的基础上，综述了国内外对内燃机燃烧室零部件传热模拟的研究历程、现状以及发展方向。
1.1 课题背景及意义随着能源的短缺和环境污染的日趋严重，内燃机的研发成为关系到人类资源可持续性利用、环境保护、人与自然和谐相处的重要课题。
开发高效、低排放、高可靠性的内燃机成为目前国际上内燃机发展的主要方向。
无论是涉及到内燃机可靠性的结构强化，还是涉及到内燃机热效率、排放的工作过程分析，都与燃烧室的传热过程息息相关。
燃烧室系统传热过程的分析是连接工作过程和结构强化的桥梁。
内燃机的运行过程涉及到复杂的传热、传质过程。
特别是在现代内燃机的设计中，由于内燃机热负荷的不断增加，传热过程的研究在内燃机研发中起着越来越重要的作用。
内燃机的传热过程基本上包括以下三个方面的内容: 缸内气体与壁面之间的换热、燃烧室部件的导热以及冷却侧的对流换热。
本课题将主要研究内燃机燃烧室部件的传热过程。
燃烧室部件的传热分析在内燃机研发中具有极其重要的地位:(1)燃烧室部件的传热过程直接影响到内燃机燃烧室零件的可靠性燃烧室零件温度过高，会使燃烧室零件烧蚀、高温蠕变、高温腐蚀、材料硬度和强度的急剧下降、润滑油膜的破坏甚至结胶，磨损的加剧等问题，从而导致内燃机丧失工作能力；在零件温度梯度过大的地方，热负荷所产生的热应力同机械应力叠加，是导致燃烧室零件失效的重要原因；系统燃气侧表面承受剧烈的热冲击，在燃气侧表面温度变化剧烈的区域，产生明显高于静态热应力的动态热应力（或准静态热应力），该应力的尖峰值巨大，远远超出了材料的屈服极限，虽然动态热应力作用时间极短（承受热冲击之后在极短的时间内衰减为静态热应力），但该应力的反复作用可能会导致燃烧室零件的损伤。
(2)燃烧室系统的传热还将影响内燃机的功率、经济性、排放燃烧室系统的传热对内燃机的功率、经济性、排放均有明显影响。
在每循环喷油量一定的条件下，传出气缸的热量愈多，会降低燃烧气体的平均温度和压力，从而降低作功能力，因此影响功率和经济性。
火花点火内燃机中末端气体的散热情况是决定是否产生敲缸的重要因素，如果末端气体受到炽热排气门和活塞的加热．就导致敲缸发生，要求减低压缩比，从而影响功率和经济性。
燃气最高温度影响NO生成，传热X改变气体温度，也影响在排气行程中CO和HC的氧化，内燃机排放与气缸内气体温度的变化历程关系很大。
气缸套和活塞的受热变形对摩擦耗功有重要影响，摩擦耗功增大，既减少有效功的输出，又使冷却水温度升高，增加冷却水泵的驱动功率，使内燃机机械效率下降。
当前，我国内燃机技术水平同国际先进水平还有较大的差距，特别是在汽车和摩托车等行业尤为严重。
2004年出台的汽车产业发展政策中提出了使我国汽车产业在2010年前发展成为国民经济的支柱产业的目标，明确表示国家支持汽车、摩托车和零部件生产企业形成产品创新能力和自主开发能力，并要求企业尽快形成内燃机开发能力。
目前各大汽车企业都在研发具有自主知识产权的汽车产品，特别是以奇瑞、吉利、华晨、比亚迪等为代表的自主品牌更是投入了大量资金用于产品研发。
内燃机作为汽车的“心脏”首当其冲。
奇瑞通过与A VL的合作，历时3年开发出了具有国际先进水平的新一代内燃机。
华晨通过联手FEV内燃机技术公司，经过三年潜心砥砺，开发出了高性能涡轮增压内燃机。
吉利、比亚迪也开发出了具有自主知识产权的内燃机。
中国内燃机行业取得了“跳跃式”的发展。
