柴油机缸内工作过程传热模型的研究

发布时间：2017-04-09 11:02

  本文关键词：柴油机缸内工作过程传热模型的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：柴油机缸内传热过程对整机动力性、经济性和排放性能影响较大,并且是进行缸内工作过程仿真和零部件热负荷计算的必要环节。从20世纪20年代起,陆续有NusseIt、Eichelberg、Woschni和Hohenberg等研究者利用燃烧弹或者内燃机缸内传热试验数据和热平衡试验数据,归纳总结了一系列经验、半经验的试验关联式,甚至某些关联式还在很长一段时间内占据缸内传热模型的主要地位,应用范围较广泛。 但是随着个人计算机水平和数值计算的发展,柴油机缸内多维数值计算成为可能,一些通用和专用的CFD软件开始转向缸内工作过程仿真。二维或三维的缸内多维数值计算结果能够提供缸内速度场、温度场和压力场等信息的空间分布特性和时间分布特性,这些是传统的缸内工作过程仿真所不能提供的。为了平衡计算时间和计算资源,这些CFD软件通常利用壁面函数计算缸内传热过程。由于推导壁面函数的前提条件在缸内这种喷油、燃烧和活塞运动的环境中很难全部成立,导致壁面函数预测的计算值与试验值偏差较大。 本文利用缸内多维数值模拟软件Converge,结合某单缸柴油机缸盖底面某些测点的缸内传热试验数据,对应用较广泛的传统的Woschni半经验试验关联式进行改进,将其从空间零维推广至空间三维,与传统的壁面函数法相比,该方法与试验值符合更好。具体来说,本文主要结论如下： (1)偏心的活塞凹坑仅仅在燃烧上止点附近时,才对缸盖底面附近流体压力场、温度场、速度场和湍动能场产生较大影响。其他时刻,各场参数分布云图基本仍以气缸轴线为中心。 (2)与该单缸柴油机缸盖底面测点的热流密度试验数据相比,Han-Reitz温度壁面函数计算的热流密度都偏大,而改进的Woschni模型则较好地预测了壁面热流密度峰值和峰值相位。 (3)缸盖底面、活塞顶面和缸套内壁的对流换热系数时间上呈先增加后减小的趋势,在燃烧上止点后10°CA-20°CA达到最大值；空间上缸盖底面、活塞顶面整体呈以活塞凹坑为中心,中心区域和边缘区域低,中间环形区域高的分布特点。缸套由于其不同时刻与高温燃气接触的面积不同,对流换热系数轴向呈上高下低的趋势；周向分布不均匀,可能与活塞凹坑偏心有关。 (4)柴油机缸内全局传热特性分析对了解柴油机宏观特性是很有帮助的。缸盖底面和活塞顶面对流换热系数时均值云图分布规律基本相同,中心区域和边缘区域对流换热系数较低,中间环形区域形成高值区。该单缸柴油机缸盖底面的对流换热系数最大,活塞顶面次之,缸套最小。全局对流换热系数介于缸盖底面和活塞顶面之间。原Woschni模型计算值略大于改进的Woschni模型计算值,两者相差不大,间接证明了原Woschni模型的普适性特点。
【关键词】：柴油机 传热 对流换热系数 数值模拟 量纲分析
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TK421
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-10
• 主要符号说明10-12
• 第一章 绪论12-23
• 1.1 研究背景及意义12-13
• 1.2 缸内传热模型分类13-17
• 1.3 缸内传热研究现状及进展17-21
• 1.4 本文主要内容及研究方法21-23
• 第二章 柴油机缸内多维数值模拟理论基础23-34
• 2.1 湍流模型23-26
• 2.2 喷油模型26-30
• 2.3 燃烧模型30-32
• 2.4 壁面传热模型32-34
• 第三章 计算模型的建立和试验验证34-38
• 3.1 柴油机计算模型及计算工况34
• 3.2 缸内动网格生成34-36
• 3.3 初始条件36-37
• 3.4 边界条件37
• 3.5 子模型选取37-38
• 第四章 柴油机缸内传热模型提取及试验验证38-55
• 4.1 量纲分析基础理论及在缸内传热模型中的应用38-40
• 4.2 柴油机缸内传热试验40-42
• 4.3 缸盖侧缸内多维数值模拟结果42-48
• 4.4 缸内传热模型验证48-55
• 第五章 柴油机缸内传热时空分布特点55-65
• 5.1 缸盖底面传热特性分析55-58
• 5.2 活塞顶面传热特性分析58-60
• 5.3 缸套传热特性分析60-62
• 5.4 柴油机缸内整体传热特性分析62-65
• 第六章 结论65-67
• 6.1 结论65-66
• 6.2 展望66-67
• 参考文献67-71
• 致谢71-72
• 攻读硕士期间发表的论文72-73
• 学位论文评阅及答辩情况表73

【参考文献】

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本文编号：295090