內(nèi)燃機(jī)缸蓋沸騰傳熱模擬及汽液兩相可視化試驗(yàn)研究.pdf

1、隨著內(nèi)燃機(jī)向高增壓、高轉(zhuǎn)速、高強(qiáng)化系數(shù)的方向發(fā)展，燃燒室周圍零部件熱負(fù)荷問(wèn)題日顯突出，對(duì)具有高效換熱、性能優(yōu)異的冷卻系統(tǒng)需求也越來(lái)越高。沸騰傳熱由于擁有小溫差、高傳熱效率的顯著強(qiáng)化傳熱的特征，在內(nèi)燃機(jī)冷卻系統(tǒng)中有很高的運(yùn)用價(jià)值。從沸騰的機(jī)理角度來(lái)看，有效合理地控制內(nèi)燃機(jī)冷卻水腔內(nèi)沸騰傳熱程度不僅可以降低零部件溫度，減輕整機(jī)工作熱負(fù)荷，延長(zhǎng)使用壽命，同時(shí)還可以改善排放，提高能源使用效率。本文以某新型增壓柴油機(jī)為研究對(duì)象，對(duì)其缸蓋水腔沸騰傳

2、熱狀況及影響因素進(jìn)行了研究，全文工作內(nèi)容及所獲得的主要結(jié)果與結(jié)論概括如下:
　　(1)搭建了缸蓋溫度場(chǎng)及其水腔內(nèi)沸騰與流動(dòng)可視化試驗(yàn)臺(tái)架，在不同的冷卻系統(tǒng)流量條件下，同步開展了溫度采集和可視化研究。結(jié)果表明:試驗(yàn)樣機(jī)在標(biāo)定運(yùn)行工況下，隨著冷卻流量降低，缸蓋底部測(cè)溫點(diǎn)溫度升高;水腔內(nèi)汽液兩相流動(dòng)特性以及沸騰汽泡行為變化受流量的影響也較為明顯，從可視化圖像中可以發(fā)現(xiàn)，隨著流量的降低，在拍攝視角1內(nèi)，汽泡數(shù)目大量減少，汽泡直徑有所增大;

3、在視角2內(nèi)，噴油器銅套和水腔底板壁面明顯地產(chǎn)生了沸騰汽泡，并且汽泡瞬態(tài)運(yùn)動(dòng)變化隨著流量的降低更為劇烈，缸蓋水腔局部空間的換熱以明顯的流動(dòng)沸騰傳熱的形式進(jìn)行，此時(shí)，缸蓋高溫區(qū)域測(cè)點(diǎn)溫度即使在冷卻流量下降25％后也沒有大幅度的提高。以上試驗(yàn)結(jié)果對(duì)于降低水腔容積，減輕整機(jī)重量，節(jié)約水泵功耗，實(shí)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)沸騰冷卻系統(tǒng)具有重大意義。
　　(2)建立了缸蓋-缸墊-缸套-機(jī)體幾何實(shí)體，通過(guò)自適應(yīng)網(wǎng)格劃分方法獲得了整機(jī)流固耦合沸騰傳熱計(jì)算模型，以缸

4、蓋溫度試驗(yàn)數(shù)據(jù)為依據(jù)，得到了該型缸蓋火力面熱邊界中局部換熱系數(shù)的空間分布規(guī)律。然后，在標(biāo)定工況下，采用直接流固耦合的思想對(duì)模型進(jìn)行冷卻流動(dòng)與沸騰傳熱的計(jì)算。計(jì)算結(jié)果顯示:整體水腔內(nèi)流線分布并不均勻，缸蓋水腔局部關(guān)鍵位置流速較低;缸蓋最高溫度位于噴油器與兩氣門交匯區(qū)內(nèi)，排氣道表面溫度明顯高于進(jìn)氣道;第四缸噴油器水腔底部壁面冷卻水溫度較高，結(jié)合可視化試驗(yàn)視角2的圖像可證實(shí)該區(qū)域內(nèi)存在著沸騰傳熱的現(xiàn)象。
　　(3)進(jìn)一步地研究了沸騰對(duì)傳

5、熱計(jì)算的影響，對(duì)比采用沸騰與不采用沸騰傳熱模型時(shí)缸蓋傳熱的結(jié)果差異。在考慮沸騰后，缸蓋最高溫度降低了7.4℃，水腔壁面溫度則降低了11.26℃，關(guān)鍵區(qū)域換熱系數(shù)和熱流密度都得到了提升。由此可見，在計(jì)算模擬研究中并不能忽視沸騰傳熱的效應(yīng)。最后通過(guò)缸蓋測(cè)點(diǎn)試驗(yàn)溫度與沸騰傳熱計(jì)算溫度的誤差分析驗(yàn)證了計(jì)算模型的準(zhǔn)確與可靠性。
　　(4)最后，通過(guò)模擬的方法，研究了冷卻水進(jìn)口流速和溫度對(duì)缸蓋沸騰傳熱過(guò)程中傳熱特征參數(shù)的影響規(guī)律。結(jié)果表明:較