发动机水套内沸腾传热过程及缸盖应力分析
发布时间：2022-01-23 10:50
近年来,车载重型发动机受市场和环境的压力冲击,其升功率的越来越高,排放要求越来越严格,再加上高涡轮增压、超高压喷油和精密智能控制等先进技术在发动机上的广泛应用,导致发动机缸盖等关键零部件的热负荷越来越高以至造成开裂破坏。过冷沸腾换热由于其具有较高的换热效率被逐步应用于高功率发动机的冷却系统。与传统的发动机冷却相比过冷沸腾流动换热能够促进缸盖温度的均匀分布,降低缸盖的热应力,提高组件使用耐久性,防止组件故障。然而过冷沸腾换热在发动机冷却系统中的发展尚不成熟,如果对沸腾控制不好极易形成过度沸腾甚至膜态沸腾,反而对关键零部件造成损坏。为了弄清过冷沸腾流动在发动机中的换热特性,以有效地利用并控制发动机缸盖中的过冷沸腾流动换热过程,亟需在简单通道中通过试验和仿真计算的手段探索过冷沸腾的换热特性,再逐步过渡到在实际发动机中探索过冷沸腾流动换热特性及其对发动机气缸盖温度场及应力场分布的影响。设计矩形截面底侧加热的沸腾试验平台,模拟发动机缸盖关键部位的冷却通道。通过调控通道结构尺寸、冷却系统压力、底侧加热功率和冷却介质种类、流动速度及温度来模拟发动机冷却参数及运行工况变化。使用热电偶测量加热块的温度,...
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：177 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
发动机缸盖水腔沸腾现象示意图
华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文6图1.2 典型活性‘气泡核化点’（左）和形成的气泡（右）空腔是否保留气体取决于空腔的角度与液体在传热表面上的接触角的大小。液体的接触角由液滴在表面形成的角度来定义，静态接触角如图1.3所示。图1.3 液体在固体表面上形成的接触角。如果图1.3中的表面倾斜水滴开始在表面上滚动，水滴前端与表面的夹角为前进接触角，液滴后端与表面形成的夹角为后退接触角。当表面被液体淹没时，如果液体的前进接触角大于腔体的锥角，则潜在成核位置将捕获气体，成为易激活的‘气泡核化点’[12]。当加热表面达到一定的过热度时，液态水在‘气泡核化点’处蒸发生成气泡。气泡开始生长的条件与腔口大小有关，可以由杨氏拉普拉斯方程进行描述[13]： =2 (1.1)式中， 是临界半径
图1.2 典型活性‘气泡核化点’（左）和形成的气泡（右）空腔是否保留气体取决于空腔的角度与液体在传热表面上的接触角的大小。液体的接触角由液滴在表面形成的角度来定义，静态接触角如图1.3所示。图1.3 液体在固体表面上形成的接触角。如果图1.3中的表面倾斜水滴开始在表面上滚动，水滴前端与表面的夹角为前进接触角，液滴后端与表面形成的夹角为后退接触角。当表面被液体淹没时，如果液体的前进接触角大于腔体的锥角，则潜在成核位置将捕获气体，成为易激活的‘气泡核化点’[12]。当加热表面达到一定的过热度时，液态水在‘气泡核化点’处蒸发生成气泡。气泡开始生长的条件与腔口大小有关，可以由杨氏拉普拉斯方程进行描述[13]： =2 (1.1)式中， 是临界半径， 为流体的表面张力
【参考文献】：
期刊论文
[1]大功率天然气发动机气缸盖热状态试验研究[J]. 花仕洋,黄荣华,贾李水,程伟,陈小迅. 内燃机工程. 2015(05)
[2]基于沸腾模型的内燃机缸盖多场耦合传热[J]. 花仕洋,黄荣华,李智. 内燃机学报. 2014(04)
[3]基于VOF两相流的缸盖过冷沸腾模型及试验验证[J]. 谷芳,吴华杰,崔国起. 内燃机学报. 2014(04)
[4]矩形通道内过冷流动沸腾传热特性试验研究[J]. 刘永丰,王龙飞,花仕洋,杨震寰,黄树和,成立强. 内燃机工程. 2016(02)
[5]基于激光多普勒测速的流场测试技术[J]. 刘友,杨晓涛,马修真. 激光与红外. 2012(01)
[6]双峰法与otsu法结合在太阳能电池缺陷检测中的应用[J]. 张翰进,傅志中,念蓓,张忠亮,张冉. 计算机系统应用. 2012(01)
[7]基于并行及耦合详细化学反应机理的煤层气发动机燃烧过程多维模拟[J]. 李从心,张欣,王玉君. 燃烧科学与技术. 2010(06)
[8]柴油机缸盖水套冷却流场的LDV试验研究[J]. 谷芳,崔国起,吴华杰,李斌,杨志毅. 汽车工程. 2010(08)
[9]车用发动机冷却系统工作过程与匹配计算[J]. 成晓北,潘立,周祥军. 汽车工程. 2008(09)
[10]一种适用于缸盖水腔沸腾传热计算的模型[J]. 刘永,李国祥,付松,石秀勇,白书战. 内燃机学报. 2008(01)
博士论文
[1]基于气泡行为的缸盖沸腾冷却应用研究[D]. 张体恩.北京理工大学 2015
[2]天然气发动机气缸盖热负荷及冷却水腔内沸腾传热研究[D]. 李智.华中科技大学 2012
[3]窄流道内高过冷流动沸腾条件下的汽泡演化特性及机制[D]. 袁德文.重庆大学 2010
[4]缸盖冷却水套内沸腾传热特性的研究[D]. 傅松.山东大学 2010
[5]汽油机固—液耦合及沸腾传热研究[D]. 陈海波.吉林大学 2009
[6]重载车用柴油机缸盖内冷却水流动分析及强化传热研究[D]. 王兆文.华中科技大学 2008
硕士论文
[1]发动机缸体上水孔流量测量方法对比研究[D]. 孙朝晖.浙江大学 2015
本文编号：3604198
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：177 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
发动机缸盖水腔沸腾现象示意图
华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文6图1.2 典型活性‘气泡核化点’（左）和形成的气泡（右）空腔是否保留气体取决于空腔的角度与液体在传热表面上的接触角的大小。液体的接触角由液滴在表面形成的角度来定义，静态接触角如图1.3所示。图1.3 液体在固体表面上形成的接触角。如果图1.3中的表面倾斜水滴开始在表面上滚动，水滴前端与表面的夹角为前进接触角，液滴后端与表面形成的夹角为后退接触角。当表面被液体淹没时，如果液体的前进接触角大于腔体的锥角，则潜在成核位置将捕获气体，成为易激活的‘气泡核化点’[12]。当加热表面达到一定的过热度时，液态水在‘气泡核化点’处蒸发生成气泡。气泡开始生长的条件与腔口大小有关，可以由杨氏拉普拉斯方程进行描述[13]： =2 (1.1)式中， 是临界半径
图1.2 典型活性‘气泡核化点’（左）和形成的气泡（右）空腔是否保留气体取决于空腔的角度与液体在传热表面上的接触角的大小。液体的接触角由液滴在表面形成的角度来定义，静态接触角如图1.3所示。图1.3 液体在固体表面上形成的接触角。如果图1.3中的表面倾斜水滴开始在表面上滚动，水滴前端与表面的夹角为前进接触角，液滴后端与表面形成的夹角为后退接触角。当表面被液体淹没时，如果液体的前进接触角大于腔体的锥角，则潜在成核位置将捕获气体，成为易激活的‘气泡核化点’[12]。当加热表面达到一定的过热度时，液态水在‘气泡核化点’处蒸发生成气泡。气泡开始生长的条件与腔口大小有关，可以由杨氏拉普拉斯方程进行描述[13]： =2 (1.1)式中， 是临界半径， 为流体的表面张力
【参考文献】：
期刊论文
[1]大功率天然气发动机气缸盖热状态试验研究[J]. 花仕洋,黄荣华,贾李水,程伟,陈小迅. 内燃机工程. 2015(05)
[2]基于沸腾模型的内燃机缸盖多场耦合传热[J]. 花仕洋,黄荣华,李智. 内燃机学报. 2014(04)
[3]基于VOF两相流的缸盖过冷沸腾模型及试验验证[J]. 谷芳,吴华杰,崔国起. 内燃机学报. 2014(04)
[4]矩形通道内过冷流动沸腾传热特性试验研究[J]. 刘永丰,王龙飞,花仕洋,杨震寰,黄树和,成立强. 内燃机工程. 2016(02)
[5]基于激光多普勒测速的流场测试技术[J]. 刘友,杨晓涛,马修真. 激光与红外. 2012(01)
[6]双峰法与otsu法结合在太阳能电池缺陷检测中的应用[J]. 张翰进,傅志中,念蓓,张忠亮,张冉. 计算机系统应用. 2012(01)
[7]基于并行及耦合详细化学反应机理的煤层气发动机燃烧过程多维模拟[J]. 李从心,张欣,王玉君. 燃烧科学与技术. 2010(06)
[8]柴油机缸盖水套冷却流场的LDV试验研究[J]. 谷芳,崔国起,吴华杰,李斌,杨志毅. 汽车工程. 2010(08)
[9]车用发动机冷却系统工作过程与匹配计算[J]. 成晓北,潘立,周祥军. 汽车工程. 2008(09)
[10]一种适用于缸盖水腔沸腾传热计算的模型[J]. 刘永,李国祥,付松,石秀勇,白书战. 内燃机学报. 2008(01)
博士论文
[1]基于气泡行为的缸盖沸腾冷却应用研究[D]. 张体恩.北京理工大学 2015
[2]天然气发动机气缸盖热负荷及冷却水腔内沸腾传热研究[D]. 李智.华中科技大学 2012
[3]窄流道内高过冷流动沸腾条件下的汽泡演化特性及机制[D]. 袁德文.重庆大学 2010
[4]缸盖冷却水套内沸腾传热特性的研究[D]. 傅松.山东大学 2010
[5]汽油机固—液耦合及沸腾传热研究[D]. 陈海波.吉林大学 2009
[6]重载车用柴油机缸盖内冷却水流动分析及强化传热研究[D]. 王兆文.华中科技大学 2008
硕士论文
[1]发动机缸体上水孔流量测量方法对比研究[D]. 孙朝晖.浙江大学 2015
本文编号：3604198
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