基于流固耦合的发动机冷却水套—缸体传热研究

发布时间：2017-05-13 08:16

  本文关键词：基于流固耦合的发动机冷却水套—缸体传热研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着近年来汽车工业的发展，能源危机的不断加剧，排放法规的日益严格，，人们对内燃机的经济性、动力性、排放性提出了更高的要求，内燃机向着高强度、高性能的方向发展。各项强化指标的提高，使内燃机的热负荷加重，热负荷的不合理将会导致内燃机产生一系列严重后果。冷却水套的流动与传热直接影响内燃机的冷却效率、高温零件的热负荷以及整机热量的合理分配。因此，内燃机冷却水套与高温零件的传热研究在内燃机的设计开发中起着重要作用。 本文采用流固耦合的方法，对某型汽油机冷却水套和缸体的传热进行了研究。文章主要工作及创新点包括： 本文首先对冷却水套进行了CFD模拟计算，通过分析冷却液的压力损失、流场情况、流量分布、换热系数分布、温度梯度与分布情况等来评价冷却液的流动和冷却特性，结果表明样机水套冷却均匀性较好，具有较强的冷却能力。 然后，建立了发动机一维性能模拟仿真模型，得到了缸内燃气的瞬时温度曲线和压力曲线，并结合经验公式，求出了缸孔壁面轴向高度上分段边界条件。 最后，使用三维建模软件Pro/E，采用自顶向下参数化建模思路建立了缸体的几何模型，在有限元软件Hypermesh中建立了缸体的有限元模型；利用AVL-Fire的mapping功能，耦合了冷却水套与缸体的换热边界，通过编写有限元求解程序，计算了缸体的温度场分布；将缸体的节点温度作为载荷，采用顺序耦合计算方法求解缸体热应力。结果表明，缸体的热负荷满足设计要求。
【关键词】：冷却水套 缸体 流固耦合 传热 CFD分析 温度场
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TK401
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 课题研究背景及意义10-12
• 1.2 内燃机传热分析数值模拟现状12-18
• 1.2.1 零部件传热数值模拟现状13
• 1.2.2 CFD 在内燃机热负荷研究中的应用现状13-15
• 1.2.3 流固耦合传热分析研究现状15-18
• 1.3 本文研究内容及流固耦合流程18-20
• 1.3.1 研究内容18
• 1.3.2 流固耦合流程18-20
• 第2章 计算流体动力学理论基础20-32
• 2.1 计算流体动力学简介20-22
• 2.2 流体动力学控制方程22-24
• 2.3 湍流及其数学描述24-26
• 2.3.1 湍流数值模拟方法24-26
• 2.3.2 标准 k - ε两方程模型26
• 2.4 壁面函数法26-28
• 2.5 控制方程的离散方法28-30
• 2.5.1 有限差分法28-29
• 2.5.2 有限元法29
• 2.5.3 有限体积法29-30
• 2.6 CFD 计算流程30
• 2.7 本章小结30-32
• 第3章 冷却水套的 CFD 计算分析32-49
• 3.1 样机冷却系统简介32-34
• 3.2 冷却水套几何模型的建立34-35
• 3.3 冷却水套 CFD 网格划分35-37
• 3.4 边界条件、初始条件及求解参数的设置37
• 3.5 计算结果与分析37-47
• 3.5.1 流场计算收敛情况37-38
• 3.5.2 压力分布38-39
• 3.5.3 速度场分布39-40
• 3.5.4 水套近壁面换热系数分布40-41
• 3.5.5 水套近壁面温度分布41-42
• 3.5.6 详细流场分析42-46
• 3.5.7 流量分析46-47
• 3.6 本章小结47-49
• 第4章 缸体的温度场及热应力计算分析49-70
• 4.1 热传导与对流换热基础理论49-52
• 4.1.1 导热基本定律及微分方程49-51
• 4.1.2 对流换热基本理论51-52
• 4.2 几何模型的建立52-53
• 4.3 有限元模型的建立53-55
• 4.4 热边界条件的确定55-64
• 4.4.1 三类换热边界条件55-57
• 4.4.2 水套壁面热边界条件57-58
• 4.4.3 缸孔壁面边界条件58-63
• 4.4.4 其他壁面热边界条件63-64
• 4.5 缸体材料的热物性参数64
• 4.6 温度场计算结果分析64-67
• 4.6.1 ABAQUS 软件简介64-65
• 4.6.2 缸体温度场分析65-66
• 4.6.3 缸孔壁面温度分析66-67
• 4.6.4 水套壁面温度分布67
• 4.7 热应力计算结果分析67-69
• 4.8 本章小结69-70
• 总结与展望70-72
• 参考文献72-76
• 附录 A：攻读硕士学位期间所发表的学术论文目录76-78
• 致谢78

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  本文关键词：基于流固耦合的发动机冷却水套—缸体传热研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：362029