发动机活塞组—缸套—冷却水耦合传热研究

发布时间：2017-09-11 19:30

  本文关键词：发动机活塞组—缸套—冷却水耦合传热研究

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【摘要】：现如今,发动机越来越多地向高功率、低油耗的方向发展,对各个零部件整体性能的要求也越来越高。因此,为了让发动机在运转时能够处于一个良好的工作环境中,并能保证各个零件的温度等在规定的范围之内,对发动机的传热过程进行研究有着至关重要的作用。但是,发动机的传热是一个比较复杂的过程,在对其研究时不仅涉及了发动机结构上(活塞组、缸套、冷却水)的耦合,也涉及到了物理场上(流体场与固体场)的耦合。通过将活塞组、缸套、冷却水作为一个整体,可以实现发动机的整体耦合传热研究。首先,利用多相流模型、动网格技术等对活塞内冷油腔的振荡传热进行研究,得到了不同曲轴转角处油腔内机油的分布情况、油腔壁面换热系数的分布情况。结果表明:在TDC处,机油大部分都分布在上壁面;在BDC处,机油大部分都分布在下壁面。在1200曲轴转角附近,机油的体积分数最大;在3300曲轴转角附近,机油的体积分数最小。平均换热系数的变化趋势和机油体积分数的变化趋势大致是一样的,但是稍微有些滞后,换热系数的最大值在BDC之后。然后,对油腔壁面换热系数进行平均化处理,利用顺序耦合的方式,将其结果施加在活塞组?缸套?冷却水的耦合模型上,采用直接耦合的方式,将活塞、缸套、冷却水作为一个耦合整体研究了发动机的耦合传热。其中,忽略润滑油膜的流动换热,将其处理成一维热阻,缸套与冷却水之间采用固-流耦合的方式进行相关的定义。耦合模型的其他外边界条件,分别按照经验公式、第三类边界条件或者参考的文献资料等来进行相关的定义。通过上述的分析,运用顺序耦合、直接耦合相结合的办法,可以较好地研究发动机的传热,为活塞等温度场的求取提供了一种新的思路。
【关键词】：活塞组-缸套-冷却水 振荡传热 动网格 耦合传热
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK403
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1. 绪论10-22
• 1.1 课题研究背景及意义10
• 1.2 课题研究目的10-11
• 1.3 国内外研究进展11-19
• 1.3.1 固体部件的传热研究现状11-14
• 1.3.2 固-流耦合传热研究的国内外发展动态14-16
• 1.3.3 活塞内冷油腔研究方法的发展现状16-19
• 1.4 本文研究内容及工作流程图19-22
• 1.4.1 本文研究内容19-20
• 1.4.2 本文工作流程图20-22
• 2. 耦合传热的理论基础22-35
• 2.1 传热学分析理论22-23
• 2.2 计算流体力学（CFD）分析理论23-32
• 2.2.1 流体力学控制方程24-28
• 2.2.2 固体的传热控制方程28
• 2.2.3 湍流数值模拟方法28-30
• 2.2.4 湍流模型方程30-32
• 2.3 本文采用的数学模型32-33
• 2.4 耦合传热理论33-34
• 2.5 本章小结34-35
• 3. 活塞油腔振荡传热的研究分析35-52
• 3.1 VOF多相流模型35-36
• 3.2 数学模型36-38
• 3.2.1 体积分数的表达式36-37
• 3.2.2 物性参数的表达式37
• 3.2.3 动量方程的表达式37
• 3.2.4 能量方程的表达式37-38
• 3.2.5 附加方程38
• 3.3 动网格技术及设置38-41
• 3.3.1 动网格技术38-39
• 3.3.2 动网格设置及定义39-41
• 3.4 内冷油腔的网格划分41-45
• 3.4.1 网格的生成方法41-42
• 3.4.2 网格划分42-43
• 3.4.3 网格质量的检测43-45
• 3.5 初始条件与边界条件45-46
• 3.6 Fluent软件中的算法46
• 3.7 振荡冷却计算结果分析46-50
• 3.7.1 不同曲轴转角处机油的分布情况47-49
• 3.7.2 不同曲轴转角处油腔壁面换热系数的变化规律49-50
• 3.8 本章小结50-52
• 4. 耦合模型建立及边界条件的确定52-71
• 4.1 理论依据及基本假设52-53
• 4.2 耦合实体模型的建立53-55
• 4.3 耦合有限元模型的建立55-59
• 4.3.1 材料特性参数55-57
• 4.3.2 网格划分57-59
• 4.4 边界条件的确定59-69
• 4.4.1 活塞外传热边界条件59-63
• 4.4.2 缸套外传热边界条件63-67
• 4.4.3 冷却水侧外边界条件67-68
• 4.4.4 耦合传热内边界条件68-69
• 4.5 仿真的流程69-70
• 4.6 本章小结70-71
• 5. 仿真计算的控制策略及结果分析71-79
• 5.1 耦合传热模型求解的控制策略71-72
• 5.2 温度场计算结果分析72-78
• 5.2.1 缸套温度场分析72-74
• 5.2.2 冷却水温度场及流场分析74-76
• 5.2.3 活塞温度场分析76-78
• 5.3 本章小结78-79
• 6. 总结与展望79-81
• 6.1 总结79-80
• 6.2 展望80-81
• 参考文献81-87
• 攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果87-88
• 致谢88-89

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7 钟振远;马华e，

本文编号：832633