考虑沸腾和缸内局部传热的缸盖流固耦合传热分析

以某商用车直列6缸柴油机作为研究对象,基于缸内传热模型获得内燃机缸盖和缸套的燃气侧局部传热边界条件;基于均相流沸腾传热模型获得水侧传热边界;实现水侧、燃气侧边界与结构温度场计算的耦合,并判断水腔内沸腾传热的状态。结果表明:缸盖温度计算值与实测值吻合,缸盖最高温度位于缸盖底面两个排气门之间;排气门之间的燃气传热系数和燃气温度均处于较高值,缸内局部传热显著;在缸盖底面中心和排气门附近水腔内的冷却水处于部分发展泡核沸腾状态。     

基于Chen模型的缸盖冷却水腔内沸腾传热研究

基于Chen模型研究了柴油机模拟冷却水腔内的沸腾传热,并与试验数据进行对比,验证了模型的适用性,并将此模型应用于柴油机缸盖及冷却水套内的耦合传热计算。计算结果表明:沸腾传热可有效提高冷却水的换热能力,降低冷却水套壁面局部高温区域的温度,降低缸盖本体的温度梯度,从而降低缸盖热负荷及热应力;考虑沸腾时,缸盖局部温度点仿真计算结果与试验结果误差更小。     

考虑沸腾换热的内燃机流固耦合传热分析

某发动机在开发过程中缸套顶部出现机油结焦现象.为分析原因,建立了该发动机缸盖缸体整机耦合传热模型,通过CFD三维仿真获得冷却水侧及缸内燃气侧的温度和对流换热系数分布,并映射至对应结构分析边界单元,建立了整机结构传热分析的边界条件;同时基于BDL单相流沸腾换热模型编写相关子程序考虑了沸腾换热的影响,求解分析了该发动机试验状态下的温度场,并进行了优化.计算表明,结焦现象发生区域温度明显高于机油碳化温度,同时沸腾换热对局部关键高热区影响可达15℃以上.为验证分析结果,分别测量了原方案和优化方案缸套顶部缸间温度,结果表明,考虑沸腾换热后缸间温度计算值与实测数据非常接近,采用优化方案后缸套顶部机油结焦问题得到排除.     

缸盖冷却水的沸腾传热模型

针对缸盖水腔内的冷却水流动沸腾传热计算,本文介绍了两种沸腾传热模型。模型认为流动沸腾总传热量等于泡核沸腾和单相流对流传热之和,介绍了常用的Chen模型,然后介绍了一种基于加权叠加方法基础上的。计算过冷流动沸腾传热的新模型Franz模型。     

发动机冷却水腔内沸腾传热的模拟研究

从单相流观点出发研究了两种计算过冷流动沸腾传热的思路:分区描述法和叠加计算法.提出了两个基于分区描述法的沸腾模型A和沸腾模型B;修正了基于叠加计算法的Chen沸腾模型和BDL沸腾模型中对流传热项的计算方法.利用这些沸腾模型进行了缸盖鼻梁区冷却水腔沸腾传热的数值模拟,并与试验结果进行了对比分析.结果表明:采用分区描述法和叠加计算法进行发动机冷却水腔内过冷流动沸腾传热计算均是可行且有效的方法;采用沸腾模型A和修正的BDL模型的预测精度比另两个沸腾模型要高;提高流速和过冷度均能强化沸腾传热的能力,提高压力后则在更高的壁面温度下才出现沸腾传热.     

柴油机非水冷却介质自然对流沸腾传热特性的研究

对于采用非水冷介质的高温冷却水及少冷却柴油机的研究，目前尚需了解冷却介质温度的提高，及冷却介质的性质差异，对柴油机的传热及零部件热状况的影响。本模拟柴油机工作条件，对机油，柴油及不同配比的乙二醇水溶液等液体的自然对流沸腾热特性进行了试验研究，揭示了各种因素对传热的影响，通过对试验数据的回归分析得出了３种非水冷却介质自然对流沸腾传热关系式。     

一种适用于缸盖水腔沸腾传热计算的模型

基于VC 6.0开发了一种单相流沸腾传热模型,通过引入空泡份额的概念将沸腾发生时的流场看作一个气液均匀混合的单相流,从数学上对该模型进行了描述并介绍了模型的数值实现方法.通过与试验结果的对比,表明模型适用于缸盖冷却水腔内沸腾传热计算.试验和计算结果还表明,压力对沸腾传热的影响较为明显.最后以226B型发动机水腔为工程应用对象,计算出了水腔内的空泡份额分布和水腔内的流速分布情况.     

基于沸腾模型的内燃机缸盖多场耦合传热

通过车用天然气发动机,建立了包括冷却水腔内流动沸腾传热、气缸盖内固体导热及缸内进排气燃烧在内的多场耦合仿真系统.采用直接耦合算法进行气缸盖固体区域与冷却水腔流体区域流固耦合仿真,采用顺序映射的方式进行缸内燃气区域与流固区域多场耦合仿真.通过CFD软件中UDF功能嵌入合适的单相沸腾传热模型对缸盖水腔内传热进行分析计算,并在此基础上结合试验测量结果,对比分析发动机在不同冷却水温度与不同冷却系统压力下缸盖温度场变化趋势.研究表明:多场耦合仿真系统可以解决缸盖传热边界不易给定的难题,能够更真实准确地描述出缸盖复杂传热过程,且考虑沸腾传热因素后有助于提高在不同冷却条件下缸盖热关键区域温度场的计算精度.     

一种适用于缸盖水腔沸腾传热计算的模型

基于VC 6.0开发了一种单相流沸腾传热模型,通过引入空泡份额的概念将沸腾发生时的流场看作一个气液均匀混合的单相流,从数学上对该模型进行了描述并介绍了模型的数值实现方法。通过与实验结果的对比,表明模型适用于缸盖冷却水腔内沸腾传热计算。实验和计算结果还表明,压力对沸腾传热的影响较为明显。最后以226B型发动机水腔为工程应用对象,计算出了水腔内的空泡份额分布和水腔内的流度分布情况。     

发动机水套中沸腾传热的试验与仿真研究

为了更加准确地研究发动机水套内冷却液流动传热问题,在Mixture多相流基础上建立了一套适用于发动机水套沸腾传热的气液两相流模型。以某直列4缸汽油机为研究对象,通过试验对汽油机第4缸火力面温度进行测量,两相流与传统单相流模拟结果对比表明两相流准确性更高。在两相流模拟结果基础上找出了汽油机水套壁面高温危险区,并基于发动机水套的设计要求提出了优化方案。模拟结果表明:优化后水套内冷却液的流动与冷却更加均匀,水套壁面温度明显降低,传热效果得到了提升。本研究可为以后的发动机沸腾传热研究和冷却水套设计提供参考。     

某4缸乘用车柴油机冷却水套的设计优化

介绍了长城汽车研发的一款高性能"2.0VGT"柴油发动机冷却水套的设计优化过程,该发动机在进行可靠性试验过程中发现缸盖第1缸鼻梁区存在裂纹,导致冷却水渗入燃烧室发生失火。经过CFD模拟分析,采用优化垫片水孔结构,调整水孔上水量,得到优化后方案整体压力场,局部速度、对流传热系数、温度场的分布等均比优化前有明显改善。特别是优化后方案提高了缸盖第1缸鼻梁区(排气道与喷油器之间水路)冷却水的流速,避免了鼻梁区由于热负荷较大而导致的结构断裂问题。     

车用柴油机冷却水套的CFD分析与优化

利用三维造型软件Pro／E对某一六缸柴油机冷却水套建立模型,并用CFD软件Fluent进行模拟计算,得到整机冷却水套内冷却液速度分布、压力损失以及各缸流量分布等信息。分析结果表明：缸盖水套虽满足设计要求,但缸体水套存在冷却不足、均匀性差的缺陷。改进方案的模拟分析表明,改进后缸体水套冷却更为均匀,流动性能比原机水套有明显的改善。     

单缸柴油机缸盖水套散热的模拟研究

对单缸59 kW柴油机缸盖水套的散热进行了数值模拟,介绍了柴油机冷却水套CFD仿真流程,对影响缸盖散热的重点区域进行了分析,探讨了影响缸盖散热的因素,对结果进行分析评价。     

某四缸机水套流场分析与结构优化

建立了某四缸发动机的三维水套模型,应用计算流体动力学软件计算分析了该发动机冷却水套流场,并和实测结果进行了比较,找出了水套存在的设计缺陷,据此进行了改进设计,并得到了试验验证.     

柴油机机体和冷却水套温度场测量分析

针对YZ4105QF柴油机的机体及冷却水套布置多个测温点,采用热电偶法测量不同工况下机体温度以及冷却水套中进排气侧的冷却水温度。结果表明,各测点温度值变化规律与柴油机工况密切相关;沿着轴心线向下机体气缸内壁面温度逐渐降低;同一轴向高度上,排气侧温度高于进水侧的温度;机体冷却水套测点温度分布规律与机体相同。     

内燃机冷却水腔表面形貌对沸腾换热影响的研究

愈发严重的能源和环境问题要求内燃机的结构更加紧凑和复杂,导致缸盖等零部件所受的热负荷急剧增加,这对其内部冷却水腔提出了更高的换热要求。对流换热已不能满足苛刻的冷却要求,沸腾换热应运而生。据气泡动力学可知,汽化核心更倾向于分布在狭窄的凹坑处,因此在加热面上布置一定的表面形貌能够有效提高沸腾换热效果。文中设计4种形貌,并比较分析不同形貌的强化换热能力。结果表明:圆柱形凸起形貌强化沸腾换热和对流换热的效果最好,其次是圆柱形凹坑形貌,圆台形凹坑强化沸腾换热的效果好于半球形凹坑形貌,但强化对流换热的效果比半球形凹坑形貌差。不同凹坑形貌,汽化核心更倾向于分布在凹坑底部的狭窄区域,圆柱形凹坑底部狭窄区域的范围最广,有利于汽泡成核,圆台形凹坑次之,而半球形凹坑内部较为平整,不利于成核。     

柴油机冷却水套中无水冷却液的数值模拟分析

运用FLUENT软件对某型号柴油机冷却水套三种无水冷却液在不同温度下的冷却效果进行数值模拟分析.模拟结果表明:由于冷却液表面换热系数的变化受冷却液粘度及导热率的影响,而这两个因素随温度的变化而变化;温度较低时,冷却液的导热率的影响占主导地位,表面换热系数随温度的增大而减小;温度较高时,冷却液粘度的影响占主导地位,表面换热系数随温度的升高而增大.