基于无网格/有限体积法活塞的流固耦合传热及优化研究

项目名称： 基于无网格/有限体积法活塞的流固耦合传热及优化研究

项目编号： No.51405415

项目类型： 青年科学基金项目

立项/批准年度： 2014

项目学科： 机械、仪表工业

项目作者： 张建平

作者单位： 湘潭大学

项目金额： 25万元

中文摘要： 本项目针对发动机活塞的流固耦合传热问题，结合SPIM无网格法和有限体积法，开展活塞三维瞬态耦合传热分析和热结构拓扑优化研究，以避免网格畸变和棋盘格现象，为活塞设计提供一种新方法。将无网格法引入到活塞固体导热和润滑油流动分析，探讨其权函数、光滑域等对计算精度的影响，并揭示摩擦热流在接触表面的分配规律；通过构造跨界面的无网格影响域和插值函数，阐明移动接触界面上传热、流动与润滑多尺度耦合机理；利用KIVA-3V模拟混合气流动燃烧过程，并采用强耦合方式，研究影响域与控制体之间的数据传递，建立基于无网格/有限体积法的流固耦合传热模型；在此基础上，以储油能力和散热弱度为综合优化目标，以无网格节点密度为设计变量，研究流固耦合热结构拓扑优化模型的建立，结合双链表和GPU并行加速，开发模型的高效求解算法；根据试验结果，对所建模型进行修正，实现活塞裙部最佳孔洞结构的设计，促进活塞向轻质高强、散热减摩方向发展。

中文关键词： 无网格法/GPU加速；发动机活塞；正交各向异性结构；流固耦合传热；拓扑优化

英文摘要： Aiming at the fluid-solid coupled heat transfer problem of engine piston, combined smooth point interpolation meshless method (SPIM) with finite volume method (FVM), and the transient coupled heat transfer analysis of piston and topology optimization of t

英文关键词： Meshless Method/GPU Acceleration；Engine Piston；Orthotropic Structure；Fluid-Solid Coupling Heat Transfer；Topology Optimization