计入沸腾传热的汽油机缸盖CFD分析及传热研究

发布时间：2017-09-08 13:12

  本文关键词：计入沸腾传热的汽油机缸盖CFD分析及传热研究

  更多相关文章： 沸腾传热 气缸盖 水套 两相流 流固耦合 热-机耦合 空泡份额

【摘要】：沸腾传热是水冷式内燃机气缸盖冷却水套内一种重要的换热方式。通过沸腾传热因素对气缸盖冷却系统流动及传热情况影响的研究,可以更加精确的预测、评价和优化内燃机气缸盖冷却水套的结构。本文的主要工作有以下几个部分:(1)利用Eular多相流模型作为理论基础,结合Rohsenow核态沸腾换热准则,创建了新的两相流沸腾传热模型,并通过一个冷却水道内的沸腾传热实验对该模型进行验证。通过实验对BDL沸腾传热和两相流沸腾模型计算精度进行对比,结果表明,本文提出的两相流沸腾传热模型计算精度更高。(2)以某高速船用汽油机为研究对象,首先进行整机水上实验,得到实验数据。利用STAR-CCM+软件对发动机的冷却系统进行CFD分析,然后与实验数据对比,从而确定数值模拟计算能够正确的反应出发动机冷却水的真实流动情况,为下一步的沸腾传热仿真计算提供流动边界条件。其次是利用GT-Power软件进行热力过程的仿真计算,得到了气缸盖火力面部分和进排气道周围壁面热边界条件。(3)采用BDL沸腾传热模型和两相流沸腾传热模型对气缸盖进行传热分析。利用Hyper Mesh软件和STAR-CCM+软件对气缸盖的三维数模进行处理之后,对其进行流固耦合计算,从而得到气缸盖的温度场、换热系数和气缸盖中冷却水套内空泡份额的分布情况,通过对两种不同模型的计算结果和实验结果的对比,分析沸腾传热的因素对冷却水套的流动和气缸盖传热的影响。结果表明,应用两相流沸腾传热模型比BDL沸腾传热模型的气缸盖大部分区域的温度都普遍降低,两相流沸腾传热模型比BDL沸腾模型更加强化了冷却水套的换热能力,对比分析表明,本文所提出的两相流沸腾传热模型更加适合气缸盖内的流动传热的实际状况。(4)采用有限元分析的方法,利用软件STAR-CCM+和ABAQUS进行有限元分析,研究沸腾传热因素对该汽油机气缸盖热-机耦合应力分布的影响情况。结果表明,应用两相流沸腾传热模型比BDL沸腾传热模型的气缸盖大部分区域的热应力和耦合应力都普遍降低,各个参数均满足发动机气缸盖材料强度要求。
【关键词】：沸腾传热 气缸盖 水套 两相流 流固耦合 热-机耦合 空泡份额
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK413
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-17
• 1.1 计入沸腾传热的气缸盖研究的背景和意义11-13
• 1.1.1 研究背景11-12
• 1.1.2 研究意义12-13
• 1.2 计入沸腾传热的气缸盖研究的研究方法及现状13-15
• 1.2.1 气缸盖传热研究概况14
• 1.2.2 国外研究动态14-15
• 1.2.3 国内研究动态15
• 1.3 本文研究内容15-17
• 第2章 两相流沸腾传热模型及实验验证17-28
• 2.1 沸腾传热及其发展过程17-20
• 2.1.1 池内沸腾17-18
• 2.1.2 管内沸腾18-20
• 2.2 沸腾传热计算模型现状20-21
• 2.2.1 单相流沸腾传热模型20
• 2.2.2 均质流沸腾传热模型20
• 2.2.3 两相流沸腾传热模型20-21
• 2.3 沸腾传热数学模型21-22
• 2.3.1 Chen模型21-22
• 2.3.2 BDL模型22
• 2.4 本文采用的两相流沸腾传热数学模型22-25
• 2.4.1 两相流基本方程22-23
• 2.4.2 传热方程23-24
• 2.4.3 流固耦合控制方程24-25
• 2.5 空泡份额及其方程25
• 2.6 实验验证25-27
• 2.6.1 实验模型25-26
• 2.6.2 计算结果与分析26-27
• 2.7 本章小结27-28
• 第3章 缸盖冷却水套的CFD流动分析28-46
• 3.1 几何模型的创建28-32
• 3.1.1 汽油机的主要参数28
• 3.1.2 几何模型创建28-30
• 3.1.3 气缸盖冷却系统模型区域及网格划分30-32
• 3.2 发动机水上实验32-37
• 3.2.1 出水温度测量33-35
• 3.2.2 冷却水进水流量测量35-37
• 3.2.3 节温器出水管出水流量测量37
• 3.3 缸盖温度测量实验37-38
• 3.4 发动机冷却系统流动分析38-45
• 3.4.1 冷却系统计算模型38-39
• 3.4.2 边界条件的设定39-40
• 3.4.3 整机冷却系统计算结果分析40-45
• 3.5 本章小结45-46
• 第4章 计入沸腾传热的缸盖传热分析46-59
• 4.1 计算模型与边界条件46-51
• 4.1.1 计算模型47-48
• 4.1.2 边界条件48-51
• 4.2 计入单相流沸腾传热的缸盖传热分析51-53
• 4.2.1 缸盖水套壁面换热系数分析51-52
• 4.2.2 缸盖温度场计算结果分析52-53
• 4.3 计入两相流沸腾传热的缸盖传热分析53-58
• 4.3.1 沸腾对缸盖水套壁面换热系数的影响53-54
• 4.3.2 计入沸腾的缸盖温度计算值与实验值的对比54-57
• 4.3.3 缸盖水套内的空泡份额分布57-58
• 4.4 本章小结58-59
• 第5章 计入沸腾传热的热-机耦合应力分析59-64
• 5.1 气缸盖材料属性59
• 5.2 边界条件59-61
• 5.3 沸腾因素对缸盖热应力场的影响61-62
• 5.4 热-机耦合应力分布情况62-63
• 5.5 本章小结63-64
• 全文总结与展望64-66
• 1.总结64-65
• 2.展望65-66
• 参考文献66-69
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录69-70
• 致谢70

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本文编号：814214