雙對(duì)置式柴油機(jī)缸套溫度場(chǎng)研究.pdf

1、隨著發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展與能源環(huán)境問(wèn)題的日益嚴(yán)峻，雙對(duì)置式發(fā)動(dòng)機(jī)(OPOC，Opposed Piston Opposed Cylinder)體積小、質(zhì)量輕、能耗低、排放低，擁有更高的功率密度，在燃油經(jīng)濟(jì)性、尾氣排放和制造成本上具有較大優(yōu)勢(shì)，近年來(lái)得到了廣泛關(guān)注。高功率密度必然伴隨高的熱負(fù)荷，因此OPOC發(fā)動(dòng)機(jī)的缸套、缸蓋、活塞等關(guān)鍵部件的熱負(fù)荷問(wèn)題一直備受關(guān)注。本文以某雙對(duì)置式柴油機(jī)為研究對(duì)象，通過(guò)試驗(yàn)與數(shù)值模擬相結(jié)合的研究方法，對(duì)該發(fā)

2、動(dòng)機(jī)的冷卻水腔與缸套進(jìn)行了流動(dòng)分析和溫度場(chǎng)研究。
　　首先應(yīng)用粒子圖像測(cè)速技術(shù)(PIV，Particle Image Velocimetry)對(duì)該發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水腔內(nèi)的流體流動(dòng)情況進(jìn)行了試驗(yàn)測(cè)試分析。從發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)中提取出冷卻水腔三維結(jié)構(gòu)并進(jìn)行相應(yīng)簡(jiǎn)化，采用石英玻璃和亞克力材料進(jìn)行了可視化測(cè)試模型的加工。搭建了冷卻水腔的PIV測(cè)試臺(tái)架，選取三個(gè)測(cè)量截面，在5種不同的冷卻水流量下，對(duì)速度場(chǎng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)量。同時(shí)利用FLUENT軟件進(jìn)行了與之

3、對(duì)應(yīng)的冷卻水腔流場(chǎng)的數(shù)值模擬計(jì)算。通過(guò)對(duì)測(cè)量截面上的流場(chǎng)分布及壓力分布的計(jì)算結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比分析，獲得了合適的計(jì)算求解模型，利用該計(jì)算模型分析了冷卻水腔內(nèi)部流場(chǎng)的流動(dòng)規(guī)律。隨后將其應(yīng)用于該發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際冷卻水腔的流動(dòng)傳熱計(jì)算當(dāng)中，為缸套溫度場(chǎng)計(jì)算提供精確的水側(cè)邊界條件。
　　其次對(duì)該發(fā)動(dòng)機(jī)缸套進(jìn)行了測(cè)溫試驗(yàn)以及溫度場(chǎng)的數(shù)值計(jì)算分析。試驗(yàn)過(guò)程中，結(jié)合缸套的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在其水側(cè)壁面處選取了5個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)，打孔并布置了熱電偶，連接線從水腔入

4、口引出，測(cè)量了升功率為30kW/L時(shí)不同工況下的缸套水側(cè)溫度。同時(shí)采用全仿真模擬方法分析了缸套的溫度場(chǎng)分布。全仿真模擬計(jì)算中，缸套燃?xì)鈧?cè)的熱邊界條件利用GT-SUITE軟件進(jìn)行一維熱力循環(huán)計(jì)算獲得，冷卻水側(cè)邊界條件利用ABAQUS軟件與FLUENT軟件進(jìn)行缸套與冷卻水腔的流固耦合計(jì)算獲得，過(guò)程中考慮沸騰傳熱，最終獲得缸套溫度場(chǎng)分布規(guī)律。將不同工況下缸套測(cè)點(diǎn)試驗(yàn)溫度與計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析，兩者分布規(guī)律相同，溫度值最大計(jì)算誤差為6.3％，