多缸柴油机冷却水腔流动不均匀性研究

发布时间：2017-09-30 00:34

  本文关键词：多缸柴油机冷却水腔流动不均匀性研究

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【摘要】：冷却系统是柴油机的重要组成部分,是柴油机可靠有效工作的不可或缺的重要保障。但由于流动阻力和传热不均匀的存在,导致各缸冷却不均匀,各缸工作状态不一致。本文以多缸柴油机的冷却水腔为研究对象,对冷却系统的流场、压力场和温度场的不均匀性进行了三维仿真研究。本文使用SolidWorks建立不同缸数的发动机冷却水腔的三维几何模型,包括缸盖、水套和回水管,组合成直列3缸机、4缸机、5缸机和6缸机的冷却系统,并使用ICEM进行网格划分。本文使用Fluent软件对不同缸数的流场进行了仿真研究。结果表明,在相同发动机进口流量的情况下,随着发动机缸数的增加,发动机冷却系统总压降减小,即发动机的流动阻力下降,进口压力从3缸机的157.9kPa下降到6缸机的79.91kPa。随着气缸数的增加,各缸盖之间的流量差异越大,距离冷系统却入口越远,气缸盖的流量越低。三、四、五、六缸的气缸盖流量不均匀度逐渐增加,分别为8.62%、18.11%、32.18%、47.88%,且缸数越多,不均匀度增加的幅度越大。本文以6缸机为例,通过两次改变水套两侧的连接孔降低了流动阻力和各缸流量分配的不均匀度,分别为单侧水套优化和两侧水套优化。与原发动机相比,水套改变后发动机冷却水腔进口压力从79.91kPa下降到70.92kPa,总体下降了8.99kPa,下降幅度为11.25%。不均匀度从未优化时的43.52%下降到整体优化结束后的20.84%,总体下降22.68%,不均匀度有了明显的好转。本文以6缸机为例,通过改变火力面温度和发动机冷却液进口温度两种方式进行仿真计算,分析这两种情况对冷却水腔温度场的影响。结果如下:随着发动机火力面温度增加,各缸缸盖进、出口温度都呈线性增加,冷却液出口温度和进出口温差也呈线性增加,火力面温度每上升10K,进出口温差增大0.7K。随着发动机冷却液进口温度的增加,各缸盖进、出口温度都呈线性增加,冷却液出口的温度也增加,但是进出口温差呈线性下降的趋势,冷却液进口温度每增加5K,进出口温差下降2.3K。
【关键词】：多缸柴油机 冷却水腔 流场 温度场 不均匀性 数值模拟
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK423
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 本论文研究的目的和意义10-11
• 1.1.1 发动机冷却系统的作用10
• 1.1.2 研究冷却系统对多缸机的意义10-11
• 1.2 国内外研究概况和发展趋势11-14
• 1.2.1 国外研究概况11-12
• 1.2.2 国内研究概况12-14
• 1.3 本课题主要研究内容14-15
• 第2章 多缸柴油机冷却水腔模型的建立15-29
• 2.1 冷却水腔的组成15
• 2.2 三维CFD软件介绍15-21
• 2.2.1 三维CFD软件FLUENT的介绍16
• 2.2.2 流动及换热的基本控制方程16-19
• 2.2.3 CFD求解计算的方法19-20
• 2.2.4 CFD仿真的基本过程20-21
• 2.3 柴油机水腔计算域的几何模型的建立与网格划分21-28
• 2.3.1 主要模型的建立21-24
• 2.3.2 柴油机水腔计算域的计算网格的划分24-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第3章 缸数对冷却水腔流动不均匀性的影响29-49
• 3.1 冷却水腔Fluent计算模型的参数设置29-31
• 3.1.1 计算模型设置29
• 3.1.2 计算边界条件与初始条件29-30
• 3.1.3 收敛标准的设定30-31
• 3.2 3 缸机冷却水腔水路的流场分布31-35
• 3.2.1 3 缸机冷却水腔整体流场分布31-32
• 3.2.2 3 缸机冷却水腔关键位置的流场分布32-35
• 3.3 4 缸机冷却水腔水路的流场分布35-38
• 3.3.1 4 缸机冷却水腔整体流场分布35-36
• 3.3.2 4 缸机冷却水腔关键位置的流场分布36-38
• 3.4 5 缸机冷却水腔水路的流场分布38-42
• 3.4.1 5 缸机冷却水腔整体流场分布38-40
• 3.4.2 5 缸机冷却水腔关键位置流场分布40-42
• 3.5 6 缸机冷却水腔水路的流场分布42-45
• 3.5.1 6 缸机冷却水腔整体流场分布42-43
• 3.5.2 6 缸机冷却水腔关键位置流场分布43-45
• 3.6 缸数变化对发动机冷却水腔流场的影响45-47
• 3.6.1 缸数变化对发动机冷却水腔压力场分布的影响45-46
• 3.6.2 缸数变化对发动机各缸缸盖流量分布的影响46-47
• 3.7 本章小结47-49
• 第4章 水套结构对冷却水腔的影响49-61
• 4.1 水套单侧连接孔加厚对冷却水腔的影响49-54
• 4.1.1 水套单侧加厚后压力场分布49-51
• 4.1.2 水套单侧加厚后速度场分布51-54
• 4.2 水套两侧加厚对冷却水腔的影响54-58
• 4.2.1 水套两侧加厚后压力场分布54-56
• 4.2.2 水套两侧加厚后速度场的分布56-58
• 4.3 水套结构改变前后数据对比58-59
• 4.3.1 压力数据的变化58
• 4.3.2 流量数据的变化58-59
• 4.4 本章小结59-61
• 第5章 温度条件对冷却水腔温度场的影响61-72
• 5.1 火力面温度对冷却水腔温度场的影响61-66
• 5.1.1 Fluent计算模型设置61
• 5.1.2 火力面温度对各缸盖温度的影响规律61-64
• 5.1.3 冷却水腔的温度场分布64-66
• 5.2 冷却液进口温度对冷却水腔温度场的影响66-70
• 5.2.1 Fluent计算模型设置66-67
• 5.2.2 冷却液进口温度对各缸盖温度的影响规律67-70
• 5.2.3 冷却液进口温度对关键截面温度分布的影响70
• 5.3 本章小结70-72
• 第6章 全文总结与展望72-75
• 6.1 全文总结72-74
• 6.2 展望74-75
• 参考文献75-78
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单78-79
• 致谢79

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本文编号：945178