基于Fluent的柴油机冷却环道流动特性分析
发布时间：2021-06-23 14:36
为缓解柴油机活塞的过热问题,对冷却环道内的气液两相流动状态及传热特性进行了研究。根据计算流体力学方法确立柴油机冷却环道流动的湍流模型和相界面模型。采用有限元方法,建立冷却环道两相流仿真模型,针对柴油机不同的转速、油压和油温条件分别进行仿真计算,得出油液的体积率和平均换热系数随曲轴转角的变化规律。通过发动机喷流试验台的验证可知,冷却环道内两相流动状态的实验与仿真结果具有良好的匹配性。研究结果表明:喷油压力对油液体积率和平均换热系数的影响非常小;油体积率和平均换热系数的变化趋势不存在一致性;冷却环道的换热能力主要由油液黏度和振荡强度决定。
【文章来源】：液压与气动. 2019,(10)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
环道结构
褂肫??2019年第10期然后逐渐促使计算收敛，可明显地提升计算效率。2有限元仿真与验证2．1模型前处理柴油机冷却环道如图1所示，在建立有限元模型时，其气液两相流动模型包括冷却环道流体、进出油道流体、活塞端部流体(可简化为圆柱结构)，如图2所示。图1环道结构图2冷却环道三维模型对于流体有限元计算，网格的划分是影响计算效率和计算精度的关键。对于活塞本身的运动，采用动网格技术实现垂直往返模拟。由于横向移动幅度较小，可忽略。整个仿真计算流程如图3所示，根据传热边界条件以及初始条件进行多相追踪模型、控制方程和双湍流模型的求解。根据模型的主次因素，忽略活图3数值计算流程图塞二阶运动［11］对动网格的影响，并且假定流体为均匀相。2．2两相流动实验验证方案柴油机的冷却环道流动实验基于发动机喷流试验台实现。如图4所示，通过3D打印方法制备出冷却环道和进出油通道，并安装至实验台。可以看出:冷却环道顶端连接顶杆，用于模拟活塞的往复运动，可预设发动机转速控制往复频率，并通过瞬态位置确定曲轴的转角α;进油通道连接喷嘴，通过液压站实现机油回流。冷却环道和进出油通道均为透明材质，可通过高速相机捕捉到气液两相的瞬时流动状态。图4试验后的摩擦副表面形貌设定喷流实验台中的活塞运动速度，模拟对柴油发动机转速为500r/min时的环道流动，可得出曲轴转角α分别为30°和90°时的气液两相分布状态如图5所示。相同条件下，CFD模型计算得出冷却环道内油液的体积率(V0)如图6所示。通过实验验证可知，冷却环道内两相流动的实验结果与仿真?
D打印方法制备出冷却环道和进出油通道，并安装至实验台。可以看出:冷却环道顶端连接顶杆，用于模拟活塞的往复运动，可预设发动机转速控制往复频率，并通过瞬态位置确定曲轴的转角α;进油通道连接喷嘴，通过液压站实现机油回流。冷却环道和进出油通道均为透明材质，可通过高速相机捕捉到气液两相的瞬时流动状态。图4试验后的摩擦副表面形貌设定喷流实验台中的活塞运动速度，模拟对柴油发动机转速为500r/min时的环道流动，可得出曲轴转角α分别为30°和90°时的气液两相分布状态如图5所示。相同条件下，CFD模型计算得出冷却环道内油液的体积率(V0)如图6所示。通过实验验证可知，冷却环道内两相流动的实验结果与仿真结果基本一致，该两相流动数值模拟方案具有良好的可行性。研究结果可以看出:在曲轴转角由0°开始增大时，机油将冲击冷却环道，油液首先表现出明显的分层现象，随着活图5不同曲轴转角下的环道流动状态实验结果64?????????????????????????????????????????????????
【参考文献】：
期刊论文
[1]防爆柴油机喷雾降温系统及其性能研究[J]. 张顺凯,顾文钰,邬斌扬,苏万华. 内燃机工程. 2019(01)
[2]并联混动用内燃机活塞外圆型线优化[J]. 汪若英,葛超峰,欧阳艳. 内燃机与配件. 2019(01)
[3]组喷孔喷嘴对双对置柴油机喷雾及燃烧的影响[J]. 周健豪,盛雪爽,杨海青,赵万忠,宋廷伦. 航空动力学报. 2019(01)
[4]工程机械用柴油机的应用前景展望[J]. 伍赛特. 建筑机械. 2019(01)
[5]稳定和过渡工况下柴油机活塞顶面瞬态热负荷变化规律[J]. 雷基林,王东方,邓晰文,辛千凡,文均. 农业工程学报. 2018(21)
[6]不同网格扭曲率下压力修正全隐算法——IDEAL求解性能研究[J]. 孙东亮,王艳宁,张奥林,宇波,李汉勇. 计算力学学报. 2017(02)
[7]直角截止阀噪声特性分析及优化设计[J]. 刘东彦,李发,高隆隆,李宝仁. 液压与气动. 2016(11)
[8]运动界面追踪的CVOFLS方法[J]. 周文,欧阳洁,崔立营. 工程数学学报. 2015(05)
[9]多相流振荡传热湍流数值模型的比较研究[J]. 朱海荣,张卫正,原彦鹏. 车用发动机. 2014(06)
[10]考虑湍流模型差异的高强化活塞振荡冷却效果研究[J]. 朱海荣,张卫正,原彦鹏. 内燃机工程. 2016(02)
本文编号：3245119
【文章来源】：液压与气动. 2019,(10)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
环道结构
褂肫??2019年第10期然后逐渐促使计算收敛，可明显地提升计算效率。2有限元仿真与验证2．1模型前处理柴油机冷却环道如图1所示，在建立有限元模型时，其气液两相流动模型包括冷却环道流体、进出油道流体、活塞端部流体(可简化为圆柱结构)，如图2所示。图1环道结构图2冷却环道三维模型对于流体有限元计算，网格的划分是影响计算效率和计算精度的关键。对于活塞本身的运动，采用动网格技术实现垂直往返模拟。由于横向移动幅度较小，可忽略。整个仿真计算流程如图3所示，根据传热边界条件以及初始条件进行多相追踪模型、控制方程和双湍流模型的求解。根据模型的主次因素，忽略活图3数值计算流程图塞二阶运动［11］对动网格的影响，并且假定流体为均匀相。2．2两相流动实验验证方案柴油机的冷却环道流动实验基于发动机喷流试验台实现。如图4所示，通过3D打印方法制备出冷却环道和进出油通道，并安装至实验台。可以看出:冷却环道顶端连接顶杆，用于模拟活塞的往复运动，可预设发动机转速控制往复频率，并通过瞬态位置确定曲轴的转角α;进油通道连接喷嘴，通过液压站实现机油回流。冷却环道和进出油通道均为透明材质，可通过高速相机捕捉到气液两相的瞬时流动状态。图4试验后的摩擦副表面形貌设定喷流实验台中的活塞运动速度，模拟对柴油发动机转速为500r/min时的环道流动，可得出曲轴转角α分别为30°和90°时的气液两相分布状态如图5所示。相同条件下，CFD模型计算得出冷却环道内油液的体积率(V0)如图6所示。通过实验验证可知，冷却环道内两相流动的实验结果与仿真?
D打印方法制备出冷却环道和进出油通道，并安装至实验台。可以看出:冷却环道顶端连接顶杆，用于模拟活塞的往复运动，可预设发动机转速控制往复频率，并通过瞬态位置确定曲轴的转角α;进油通道连接喷嘴，通过液压站实现机油回流。冷却环道和进出油通道均为透明材质，可通过高速相机捕捉到气液两相的瞬时流动状态。图4试验后的摩擦副表面形貌设定喷流实验台中的活塞运动速度，模拟对柴油发动机转速为500r/min时的环道流动，可得出曲轴转角α分别为30°和90°时的气液两相分布状态如图5所示。相同条件下，CFD模型计算得出冷却环道内油液的体积率(V0)如图6所示。通过实验验证可知，冷却环道内两相流动的实验结果与仿真结果基本一致，该两相流动数值模拟方案具有良好的可行性。研究结果可以看出:在曲轴转角由0°开始增大时，机油将冲击冷却环道，油液首先表现出明显的分层现象，随着活图5不同曲轴转角下的环道流动状态实验结果64?????????????????????????????????????????????????
【参考文献】：
期刊论文
[1]防爆柴油机喷雾降温系统及其性能研究[J]. 张顺凯,顾文钰,邬斌扬,苏万华. 内燃机工程. 2019(01)
[2]并联混动用内燃机活塞外圆型线优化[J]. 汪若英,葛超峰,欧阳艳. 内燃机与配件. 2019(01)
[3]组喷孔喷嘴对双对置柴油机喷雾及燃烧的影响[J]. 周健豪,盛雪爽,杨海青,赵万忠,宋廷伦. 航空动力学报. 2019(01)
[4]工程机械用柴油机的应用前景展望[J]. 伍赛特. 建筑机械. 2019(01)
[5]稳定和过渡工况下柴油机活塞顶面瞬态热负荷变化规律[J]. 雷基林,王东方,邓晰文,辛千凡,文均. 农业工程学报. 2018(21)
[6]不同网格扭曲率下压力修正全隐算法——IDEAL求解性能研究[J]. 孙东亮,王艳宁,张奥林,宇波,李汉勇. 计算力学学报. 2017(02)
[7]直角截止阀噪声特性分析及优化设计[J]. 刘东彦,李发,高隆隆,李宝仁. 液压与气动. 2016(11)
[8]运动界面追踪的CVOFLS方法[J]. 周文,欧阳洁,崔立营. 工程数学学报. 2015(05)
[9]多相流振荡传热湍流数值模型的比较研究[J]. 朱海荣,张卫正,原彦鹏. 车用发动机. 2014(06)
[10]考虑湍流模型差异的高强化活塞振荡冷却效果研究[J]. 朱海荣,张卫正,原彦鹏. 内燃机工程. 2016(02)
本文编号：3245119
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