冷卻水腔內沸騰傳熱與缸蓋工作狀態(tài)仿真.pdf

1、對冷卻水腔內傳熱的研究是進行缸蓋熱疲勞可靠性分析的前提，沸騰傳熱是缸蓋冷卻水腔中一種重要的換熱方式，研究沸騰傳熱因素對冷卻系統(tǒng)流動、傳熱以及缸蓋工作性能的影響，可以更加精確地預測、評價和設計缸蓋冷卻水腔的結構。本文提出了一種單相流沸騰傳熱模型，并介紹了模型的數值實現方法。然后以車用道依茨22613型發(fā)動機冷卻水腔—缸蓋系統(tǒng)為研究對象，建立了發(fā)動機冷卻系統(tǒng)和缸蓋的計算模型，利用CFD分別計算了水腔內冷卻水在考慮與不考慮沸騰因素兩種情況下的

2、流動和傳熱情況并對之進行了比較和分析。并利用熱力過程仿真的方法，確定了缸蓋火力面、進氣道以及排氣道周圍壁面的第三類熱邊界條件，從而得出缸蓋的溫度場情況。進行了缸蓋的熱一機械耦合應力分析，對缸蓋的結構提出更改。同時對缸蓋水腔測溫實驗臺進行了介紹。 本文所做的主要工作可概括為以下幾個部分： 1)在Chen模型的基礎上，提出了一種單相流沸騰模型，并通過引入空泡份額的概念，將整個水腔內氣液共存的流體看作一個假定的特殊單相流場，模

3、型假設氣泡很小并均勻地混合在液相之中，因此對于整個混合流場可以采用單相流方程進行求解。對該模型進行了數學上的推導和描述并介紹了模型的數值實現方法。 2)對冷卻水腔分別進行了考慮與未考慮沸騰時CFD分析，通過比較發(fā)現了沸騰因素對冷卻系統(tǒng)流動和傳熱的影響：沸騰對冷卻系統(tǒng)內流動和壓力的分布幾乎沒有影響，但對缸蓋水腔傳熱的影響作用較大，不可忽略。 3)利用熱力學仿真確定了缸蓋的熱邊界，并考查了材料和沸騰傳熱兩種因素對缸蓋溫度場的

4、影響作用：采用導熱性能更好的材料可以使缸蓋火力板的溫度分布更為均勻并能減少火力板上下之間的溫差；沸騰可以使缸蓋火力板的整體溫度都有所下降。 4)對缸蓋進行了更改材料計算(由HT300更改為HT280)，根據計算結果提出了缸蓋結構更改措施。分析了沸騰傳熱對缸蓋熱應力和熱疲勞的影響：沸騰傳熱可以降低缸蓋火力板鼻梁區(qū)的熱應力；同時利用局部的沸騰傳熱可以使缸蓋火力板維持在一個較低溫度的工作環(huán)境中，增強了相關零部件材料的抗熱疲勞性能，改善