船用柴油机活塞环形油腔振荡冷却及流固热耦合分析
发布时间：2023-03-26 14:05
近年来,由于船用柴油机向着高功率密度和高效率的趋势发展,活塞的热负荷急剧增加。大多数活塞均采用振荡冷却方式,以降低活塞的热负荷,所以本文主要对某型柴油机活塞振荡冷却进行研究。活塞油腔设计的是否合理,需要对油腔进行多方面的探讨与研究。本文以某型柴油机活塞环形油腔为研究对象,首先利用Fluent对活塞环形油腔进行换热特性研究以及其沿周向换热特性进行研究,然后对影响油腔换热系数的一些参数,如转速、喷油速度、湍流模型、倾斜角度等进行研究,最后通过对活塞和环形油腔进行流-固耦合传热分析,并对活塞进行应力分析。主要研究内容如下:(1)利用动网格和施加动量源的方法分别对环形油腔机油流动形态进行仿真研究,验证施加动量源方法的正确性;采用施加动量源方法对活塞油腔壁面四个区域及四个壁面的周向18个区域的换热特性进行研究,分析其变化规律得出环形油腔换热特性沿周向的变化趋势及特点,并对振荡冷却油腔带走的热量变化进行了研究,得出机油进出口所带走热量的比例。(2)采用加载UDF动量源的方法,分析活塞环形油腔在不同湍流模型、转速、喷油速度及活塞倾斜角等因素的影响下,油腔四个区域的壁面换热系数的变化规律,并对不同转速...
【文章页数】：105 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 活塞冷却方式研究
1.2.1 自由喷射冷却
1.2.2 循环冷却
1.2.3 振荡冷却
1.3 国内外活塞冷却技术研究现状
1.3.1 活塞冷却技术实验部分研究现状
1.3.2 活塞冷却技术仿真部分研究现状
1.4 流-固-热耦合研究现状
1.5 本文主要研究内容
第2章 数值方法理论
2.1 引言
2.2 CFD流体计算的控制方程
2.2.1 连续性方程
2.2.2 动量方程
2.2.3 能量方程
2.3 湍流模型
2.3.1 标准K-ε模型
2.3.2 RNGK-ε模型
2.3.3 RealiableK-ε模型
2.3.4 SSTK-ω模型
2.4 活塞强度分析理论
2.4.1 热弹性物理方程
2.4.2 虚功原理
2.5 本章小结
第3章 活塞油腔机油流动及换热特性数值研究
3.1 引言
3.2 两相流数学模型的建立
3.2.1 两相流模型
3.2.2 加载UDF动量源模拟活塞往复运动
3.2.3 动网格技术模拟活塞往复运动
3.3 活塞油腔机油流动形态及换热研究
3.3.1 活塞及油腔几何模型
3.3.2 活塞冷却油腔的初始条件及边界条件
3.3.3 活塞冷却油腔机油流动的仿真结果及分析
3.3.4 活塞油腔换热特性研究
3.4 环形油腔周向换热特性的研究
3.4.1 油腔网格区域划分及边界条件
3.4.2 环形油腔沿周向机油流动形态研究
3.4.3 环形油腔周向换热特性研究
3.4.4 环形油腔所能带走活塞的热量
3.5 本章小结
第4章 不同影响因素下油腔换热特性研究
4.1 引言
4.2 不同湍流模型下环形油腔换热特性研究
4.2.1 计算模型及边界条件
4.2.2 不同湍流模型下油腔流场对比分析
4.2.3 不同湍流模型下机油填充率
4.2.4 不同湍流模型下油腔换热特性对比分析
4.3 不同喷油速度下对环形油腔换热特性影响
4.3.1 计算模型及边界条件
4.3.2 不同喷油速度下油腔壁面换热特性研究
4.3.3 不同喷油速度下机油填充率
4.3.4 不同喷油速度下油腔的换热效率
4.4 不同转速下环形油腔换热特性研究
4.4.1 计算模型及边界条件
4.4.2 不同转速下油腔机油填充率
4.4.3 不同转速下油腔壁面换热特性对比
4.4.4 高转速及不同喷油速度下油腔壁面换热特性研究
4.5 不同倾斜角下油腔换热特性研究
4.5.1 计算模型及边界条件
4.5.2 不同倾斜角下油腔换热特性研究
4.5.3 不同倾斜角下油腔换热特性研究
4.6 本章小结
第5章 活塞流固热耦合及热机耦合分析
5.1 引言
5.2 流固热耦合传热分析
5.2.1 几何模型及网格划分
5.2.2 边界条件
5.2.3 活塞温度场分析
5.2.4 活塞表面温度波动变化
5.3 活塞应力场分析
5.3.1 荷载及边界条件
5.3.2 活塞热应力分析
5.3.3 活塞机械应力分析
5.3.4 热机耦合应力分析
5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
致谢
附录
本文编号：3771103
【文章页数】：105 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 活塞冷却方式研究
1.2.1 自由喷射冷却
1.2.2 循环冷却
1.2.3 振荡冷却
1.3 国内外活塞冷却技术研究现状
1.3.1 活塞冷却技术实验部分研究现状
1.3.2 活塞冷却技术仿真部分研究现状
1.4 流-固-热耦合研究现状
1.5 本文主要研究内容
第2章 数值方法理论
2.1 引言
2.2 CFD流体计算的控制方程
2.2.1 连续性方程
2.2.2 动量方程
2.2.3 能量方程
2.3 湍流模型
2.3.1 标准K-ε模型
2.3.2 RNGK-ε模型
2.3.3 RealiableK-ε模型
2.3.4 SSTK-ω模型
2.4 活塞强度分析理论
2.4.1 热弹性物理方程
2.4.2 虚功原理
2.5 本章小结
第3章 活塞油腔机油流动及换热特性数值研究
3.1 引言
3.2 两相流数学模型的建立
3.2.1 两相流模型
3.2.2 加载UDF动量源模拟活塞往复运动
3.2.3 动网格技术模拟活塞往复运动
3.3 活塞油腔机油流动形态及换热研究
3.3.1 活塞及油腔几何模型
3.3.2 活塞冷却油腔的初始条件及边界条件
3.3.3 活塞冷却油腔机油流动的仿真结果及分析
3.3.4 活塞油腔换热特性研究
3.4 环形油腔周向换热特性的研究
3.4.1 油腔网格区域划分及边界条件
3.4.2 环形油腔沿周向机油流动形态研究
3.4.3 环形油腔周向换热特性研究
3.4.4 环形油腔所能带走活塞的热量
3.5 本章小结
第4章 不同影响因素下油腔换热特性研究
4.1 引言
4.2 不同湍流模型下环形油腔换热特性研究
4.2.1 计算模型及边界条件
4.2.2 不同湍流模型下油腔流场对比分析
4.2.3 不同湍流模型下机油填充率
4.2.4 不同湍流模型下油腔换热特性对比分析
4.3 不同喷油速度下对环形油腔换热特性影响
4.3.1 计算模型及边界条件
4.3.2 不同喷油速度下油腔壁面换热特性研究
4.3.3 不同喷油速度下机油填充率
4.3.4 不同喷油速度下油腔的换热效率
4.4 不同转速下环形油腔换热特性研究
4.4.1 计算模型及边界条件
4.4.2 不同转速下油腔机油填充率
4.4.3 不同转速下油腔壁面换热特性对比
4.4.4 高转速及不同喷油速度下油腔壁面换热特性研究
4.5 不同倾斜角下油腔换热特性研究
4.5.1 计算模型及边界条件
4.5.2 不同倾斜角下油腔换热特性研究
4.5.3 不同倾斜角下油腔换热特性研究
4.6 本章小结
第5章 活塞流固热耦合及热机耦合分析
5.1 引言
5.2 流固热耦合传热分析
5.2.1 几何模型及网格划分
5.2.2 边界条件
5.2.3 活塞温度场分析
5.2.4 活塞表面温度波动变化
5.3 活塞应力场分析
5.3.1 荷载及边界条件
5.3.2 活塞热应力分析
5.3.3 活塞机械应力分析
5.3.4 热机耦合应力分析
5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
致谢
附录
本文编号：3771103
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