汽油机缸盖鼻梁区水套沸腾传热研究

发布时间：2017-10-29 20:04

  本文关键词：汽油机缸盖鼻梁区水套沸腾传热研究

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【摘要】：近年来汽车行业发展越来越越迅速,已成为人们出行的必备工具。发动机作为汽车的核心部位,其动力性、经济性等性能指标对汽车性能有很重要的影响。对于发动机性能的要求也越来越高,在保证发动机结构紧凑的同时还要求能输出更高的动力。发动机功率的提高面临着很高的热负荷,这对冷却系统提出更高的要求。在这种发展趋势下高温冷却受到人们的重视,传统的对流换热已经很难满足冷却系统的要求,沸腾传热的高换热能力引起人们的关注。本文对汽油机缸盖鼻梁区水套沸腾传热进行研究,主要完成的内容包括:将缸盖鼻梁区水套简化成梯形流道,分析沸腾传热的影响因素;完成发动机水套的沸腾实验,观察不同转速下缸盖水套冷却液的流动情况并进行相关温度点的测量;在考虑沸腾的情况下完成发动机流场与温度场的模拟。采用Chen总结的沸腾传热的计算公式,通过编写UFD(User-Define Function)实现水套内冷却液的沸腾的模拟。为了验证模拟方法的准确性,根据Tao Bo教授所做矩形流道的沸腾实验,建立相同模型,将计算结果对比实验数据吻合较好,证明用此方法计算沸腾传热是可行的。本文使用CFD分析软件FLUENT对热负荷高、结构复杂的缸盖鼻梁区水套进行了数值模拟。分析了影响沸腾的各种因素(冷却液流速、压力、温度)。发动机在工作时会产生振动,研究表明振动也能增强传热。本文将发动机振动看成简谐振动,将简谐振动公式编写成振动UDF与沸腾UDF相结合分析振动对沸腾传热的影响。完成缸盖水套的沸腾实验。本文创新性的在发动机缸盖排气侧打孔插入内窥镜,通过内窥镜观察不同转速下水套内冷却液的流动情况。通过观察得出,发动机在5500r/min工况下冷却液发生沸腾。在缸盖、缸体设置若干测点进行测温实验,温度测量可以直观的评价发动机的冷却系统的工作状况,与模拟结果对比分析计算结果的准确性。利用FLUENT软件对发动机5500r/min工况进行数值模拟。首先对发动机模型进行简化处理,简化掉了孔径较小螺纹孔、倒角。将发动机模型分为多个部分,使用非结构化网格进行网格划分。然后设置相关边界条件,对于温度边界条件通过GT-POWER建立发动机一维模型,将计算结果导入FLUENT中。在模拟计算时先模拟水套的流场,待收敛后打开能量方程进行温度场的模拟。在模拟结果上取与发动机沸腾实验相同测点,对比计算结果与实验结果,吻合较好。
【关键词】：汽油机 鼻梁区 水套 沸腾传热 数值模拟
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U464.171
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第1章 绪论12-20
• 1.1 课题背景12-14
• 1.2 国内外研究现状简述14-18
• 1.2.1 国外研究现状15-17
• 1.2.2 国内研究现状17-18
• 1.3 本文的研究内容18-20
• 第2章 流动沸腾模型的建立及简单流道分析20-42
• 2.1 流动沸腾分析与沸腾模型建立20-24
• 2.1.1 垂直上升加热管内流动沸腾分析20-21
• 2.1.2 Chen模型21-24
• 2.2 沸腾传热的数学描述24-28
• 2.2.1 两相流模型的控制方程24-26
• 2.2.2 两相流模型的选择26-27
• 2.2.3 UDF介绍27-28
• 2.3 简单流道的CFD数值分析28-32
• 2.3.1 矩形流道验证28-30
• 2.3.2 缸盖鼻梁区冷却水腔沸腾模型简化30-32
• 2.4 沸腾传热影响因素分析32-40
• 2.4.1 流速对沸腾传热的影响32-34
• 2.4.2 冷却液压力对沸腾传热的影响34-35
• 2.4.3 冷却液温度对沸腾传热的影响35-36
• 2.4.4 振动方向对沸腾传热的影响36-39
• 2.4.5 振幅对沸腾传热的影响39-40
• 2.5 本章小结40-42
• 第3章 缸盖水套沸腾实验42-54
• 3.1 实验目的42
• 3.2 实验器材42-46
• 3.2.1 发动机43
• 3.2.2 窥探管43-44
• 3.2.3 内窥镜44-46
• 3.2.4 温度传感器46
• 3.3 测点布置46-48
• 3.3.1 内窥镜打孔方案46-47
• 3.3.2 缸体两连接桥温度测点布置47
• 3.3.3 冷却液进出口测点布置47-48
• 3.3.4 缸盖测点布置48
• 3.4 密封方法48-49
• 3.5 实验方案49
• 3.6 实验结果分析49-52
• 3.7 本章小结52-54
• 第4章 发动机水套冷却液沸腾传热模拟计算54-70
• 4.1 模拟计算的理论基础54-55
• 4.2 发动机模型的简化及网格划分55-58
• 4.2.1 发动机模型的简化55-56
• 4.2.2 网格划分56-58
• 4.2.3 材料物性58
• 4.3 边界条件的设置58-61
• 4.3.1 流场边界条件59
• 4.3.2 缸内换热边界条件59-60
• 4.3.3 进、排气道换热边界条件60-61
• 4.3.4 发动机机体与外界传热边界条件61
• 4.3.5 固液耦合面边界条件61
• 4.4 流场分析61-65
• 4.4.1 压力场分析62
• 4.4.2 速度场分析62-65
• 4.5 温度场分析65-69
• 4.5.1 固体区域分析65-67
• 4.5.2 流体区域分析67-68
• 4.5.3 气相率分析68-69
• 4.6 模拟值与实验值对比分析69
• 4.7 本章小结69-70
• 第5章 全文总结和展望70-74
• 5.1 总结70-71
• 5.2 工作展望71-74
• 参考文献74-78
• 作者简介78-79
• 致谢79

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