高强化活塞内冷油腔振荡冷却效果研究
发布时间：2023-05-10 05:39
由于高强化活塞工作环境十分恶劣,在工作中,不仅承受其它零件所带来机械负荷,其顶面还要受高温燃气的周期性加热作用,使得活塞温度分布不均。高热负荷和高机械负荷,再加上活塞结构复杂体积狭小,冷却不良使其成为了柴油机故障最多的零部件之一。因此活塞的冷却问题是柴油机进一步强化的主要限制因素之一,为了确保柴油机的耐久性、可靠性和经济性,需要对活塞采取有效的冷却,降低活塞温度。活塞的冷却采用带内冷油腔的振荡冷却法,这种冷却方法油腔内湍流强度大,机油利用率高,能够有效降低活塞温度。本文主要通过数值模拟对活塞内冷却油腔的振荡流动和传热特性进行研究,可以更加清晰地观察到活塞内冷油腔中冷却机油的流动规律,并得到油腔壁面平均热系数和机油填充率的变化规律。首先利用Fluent软件对三种湍流模型下闭式和开式油腔的振荡流动和传热过程进行了数值模拟,分析了闭式空腔和开式内冷油腔的振荡流动过程和传热特性。结果表明,SST k-ω湍流模型下,油腔内机油流动形态更符合实际活塞往复运动时机油流动状态,并且SST k-ω模型下油腔的壁面平均传热系数高于RNG k-ε模型和Realizable k-ε模型下油腔壁面的传热系数。之...
【文章页数】：68 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 活塞主要冷却方式
1.2.1 自由喷射冷却
1.2.2 振荡冷却
1.2.3 带内冷油腔的振荡冷却
1.3 国内外研究现状
1.3.1 国外研究现状
1.3.2 国内研究现状
1.4 本课题主要研究内容
第2章 活塞冷却过程数值模拟的理论基础
2.1 活塞冷却分析的理论基础
2.1.1 热传递的基本方式
2.1.2 振荡冷却的基本方程
2.2 数值计算方法
2.2.1 计算流体力学(CFD)
2.2.2 Fluent软件介绍
2.3 控制方程
2.3.1 连续方程
2.3.2 动量方程
2.3.3 能量方程
2.4 湍流模型
2.4.1 标准k-ε模型
2.4.2 RNG k-ε模型
2.4.3 Realizable k-ε模型
2.4.4 SST k-ω模型
2.5 多相流模型
2.6 动网格技术
2.7 本章小结
第3章 湍流模型对振荡冷却效果的影响研究
3.1 引言
3.2 计算模型的建立
3.2.1 物理模型和网格模型
3.2.2 网格划分
3.3 Fluent计算参数设置
3.3.1 计算区域尺寸设置
3.3.2 物理模型的选择
3.3.3 材料属性设置
3.3.4 边界条件设置
3.3.5 动网格设置
3.3.6 求解器设置
3.3.7 初始化设置
3.4 闭式油腔模拟结果与分析
3.4.1 闭式油腔内机油振荡流动形态
3.4.2 闭式油腔的振荡冷却效果研究
3.4.3 不同转速下闭式油腔的振荡冷却效果
3.5 开式油腔模拟结果与分析
3.5.1 开式油腔内机油振荡流动形态
3.5.2 不同湍流模型下油腔平均传热系数变化规律
3.5.3 不同湍流模型下机油填充率的变化规律
3.6 本章小结
第4章 闭式空腔振荡冷却流动和传热效果研究
4.1 引言
4.2 物理模型和网格模型
4.3 边界条件和初始条件
4.4 结果与讨论
4.4.1 气液两相流起振阶段的流动形态
4.4.2 气液两相流充分振荡阶段的流动形态
4.4.3 频率对气液两相流振荡流动形态的影响
4.4.4 填充率对气液两相流振荡流动形态的影响
4.5 本章小结
第5章 开式内冷油腔振荡传热特性的研究
5.1 引言
5.2 计算模型的建立
5.2.1 几何模型及网格模型
5.2.2 活塞内冷油腔的初始条件
5.2.3 材料属性设置及边界条件
5.3 不同转速下油腔振荡流动与传热特性研究
5.3.1 不同转速下油腔壁面传热特性对比
5.3.2 不同转速下油腔内填充率变化
5.3.3 不同转速下油腔壁面平均传热系数
5.4 不同冷却机油量下油腔传热特性研究
5.4.1 不同冷却机油量下油腔壁面传热特性对比
5.4.2 不同冷却机油量下油腔内填充率变化规律
5.5 不同行程下油腔传热特性研究
5.5.1 不同行程下油腔壁面传热特性研究
5.5.2 油腔壁面平均传热系数和填充率的变化规律
5.6 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间所发表的论文
致谢
本文编号：3813145
【文章页数】：68 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 活塞主要冷却方式
1.2.1 自由喷射冷却
1.2.2 振荡冷却
1.2.3 带内冷油腔的振荡冷却
1.3 国内外研究现状
1.3.1 国外研究现状
1.3.2 国内研究现状
1.4 本课题主要研究内容
第2章 活塞冷却过程数值模拟的理论基础
2.1 活塞冷却分析的理论基础
2.1.1 热传递的基本方式
2.1.2 振荡冷却的基本方程
2.2 数值计算方法
2.2.1 计算流体力学(CFD)
2.2.2 Fluent软件介绍
2.3 控制方程
2.3.1 连续方程
2.3.2 动量方程
2.3.3 能量方程
2.4 湍流模型
2.4.1 标准k-ε模型
2.4.2 RNG k-ε模型
2.4.3 Realizable k-ε模型
2.4.4 SST k-ω模型
2.5 多相流模型
2.6 动网格技术
2.7 本章小结
第3章 湍流模型对振荡冷却效果的影响研究
3.1 引言
3.2 计算模型的建立
3.2.1 物理模型和网格模型
3.2.2 网格划分
3.3 Fluent计算参数设置
3.3.1 计算区域尺寸设置
3.3.2 物理模型的选择
3.3.3 材料属性设置
3.3.4 边界条件设置
3.3.5 动网格设置
3.3.6 求解器设置
3.3.7 初始化设置
3.4 闭式油腔模拟结果与分析
3.4.1 闭式油腔内机油振荡流动形态
3.4.2 闭式油腔的振荡冷却效果研究
3.4.3 不同转速下闭式油腔的振荡冷却效果
3.5 开式油腔模拟结果与分析
3.5.1 开式油腔内机油振荡流动形态
3.5.2 不同湍流模型下油腔平均传热系数变化规律
3.5.3 不同湍流模型下机油填充率的变化规律
3.6 本章小结
第4章 闭式空腔振荡冷却流动和传热效果研究
4.1 引言
4.2 物理模型和网格模型
4.3 边界条件和初始条件
4.4 结果与讨论
4.4.1 气液两相流起振阶段的流动形态
4.4.2 气液两相流充分振荡阶段的流动形态
4.4.3 频率对气液两相流振荡流动形态的影响
4.4.4 填充率对气液两相流振荡流动形态的影响
4.5 本章小结
第5章 开式内冷油腔振荡传热特性的研究
5.1 引言
5.2 计算模型的建立
5.2.1 几何模型及网格模型
5.2.2 活塞内冷油腔的初始条件
5.2.3 材料属性设置及边界条件
5.3 不同转速下油腔振荡流动与传热特性研究
5.3.1 不同转速下油腔壁面传热特性对比
5.3.2 不同转速下油腔内填充率变化
5.3.3 不同转速下油腔壁面平均传热系数
5.4 不同冷却机油量下油腔传热特性研究
5.4.1 不同冷却机油量下油腔壁面传热特性对比
5.4.2 不同冷却机油量下油腔内填充率变化规律
5.5 不同行程下油腔传热特性研究
5.5.1 不同行程下油腔壁面传热特性研究
5.5.2 油腔壁面平均传热系数和填充率的变化规律
5.6 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间所发表的论文
致谢
本文编号：3813145
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