汽油机冷却水套内流动及流固耦合传热研究

发布时间：2020-04-20 15:43

【摘要】：随着汽车工业的高速发展与排放法规的日益严格,许多研发人员对发动机的热负荷问题进行了研究。作为发动机中形状、结构最为复杂的部件,缸盖在工作过程中不但承受着很高的机械载荷,同时还承受着高温气体的冲击。如果得不到充分的冷却很容易导致局部过热,影响其工作效率和可靠性。因此,对发动机内部冷却水套的流动传热过程和缸盖等零部件的传热过程进行分析,对高效地设计和优化发动机部件及冷却水套的结构具有重要意义。本文以某款商务车汽油机为研究对象。首先,为了观察冷却水套内部流动现象、评价其结构的合理性,建立了发动机冷却水套的三维仿真计算模型,以计算流体动力学为理论基础,对冷却水套内的流动过程进行了数值模拟,得到了速度分布、流量分布、压力分布、换热系数分布等流动特性。根据冷却水套内流场信息分析了水套的结构形式和冷却性能。其次,建立了发动机一维和三维仿真模型。先后采用一维和三维的数值模拟方法对缸内燃烧过程进行数值计算,得到了燃烧过程中缸内流场和温度场结果,对比两种方法下得到的温度和压力曲线,验证了仿真计算的有效性。同时得到了耦合传热分析中需要的壁面热边界条件。为了全面准确地研究缸盖、缸套及冷却水套的传热过程,建立了缸盖-水套-缸套耦合传热模型,以流动和传热方程为理论基础,采用流固耦合数值模拟的方法,将缸内燃气传热、冷却水套流动传热及缸盖缸套传热过程进行耦合,得到更精确的缸盖、缸套和水套温度场分布状况。找出了薄弱环节,为结构优化设计提供了参考依据。此外,针对冷却液不同参数对冷却水套流动和传热过程的影响,分别分析了冷却液不同物性参数、不同入口流量和不同入口温度三种情况下的计算结果。得到了各因素对冷却水套流场及水套、缸盖、缸套温度场的影响规律,为冷却液类型及冷却水套入口条件的选取提供了一定依据。
【图文】：

大涡模拟,湍流

无法采用解析法精确描述流动的所有细节。因此，研究人员采用一些数值方法，利用各种模型对湍流进行不同形式的简化处理，以便进行描述。不同形式的湍流模型及分类如图2-1所示。湍流数值模拟方法大涡模拟(LES)雷诺平均法(RANS)直接模拟(DNS)雷诺应力模型湍流粘性系数法(粘涡模型)雷诺应力方程模型(RSM)代数应力方程模型(ASM)零方程模型单方程模型双方程模型标准模型RNG 模型Realizable模型其他模型( 模型等)图2-1 湍流模型分类(1)大涡模拟(LES)LES方法以湍流统计理论和拟序结构为基础，克服了各模型的时均处理和普适性上的缺陷，把湍流瞬时运动处理为大尺度涡和小尺度涡。大尺度涡包含了湍流运动中的主要能量，小尺度涡通过耗散将能量转换成热能。LES模型利用数值方法求解大尺度涡的运动微分方程组，在方程组中利用亚格子雷诺应力近似模型来考虑小尺度涡的影响。相比直接模拟，LES大大减少了对计算资源的要求，但仍不适用于复杂的工程问题。(2)直接模拟(DNS)DNS利用数值方法求解三维非定常Navier-Stokes方程组时不采用任何模型对湍流运动做任何的近似处理和简化，理论上该方法计算结果最为准确。在实际求解过程中

基本过程

燕山大学工学硕士学位论文章冷却水套内流动分析流动情况直接影响着发动机零部件的热的流动过程进行研究和分析，可以获得性做一个初步的分析。在本章的研究中，然后采用 CFX 软件对模型进行数值力分布及损失、各孔流量及轨迹、换薄弱环节，，初步评估其冷却性能，为冷件对水套进行数值求解的基本过程如图确定求解区域参数、划分网格
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U464.171

【参考文献】