柴油機(jī)缸內(nèi)工作過(guò)程傳熱模型的研究.pdf

1、柴油機(jī)缸內(nèi)傳熱過(guò)程對(duì)整機(jī)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性能影響較大，并且是進(jìn)行缸內(nèi)工作過(guò)程仿真和零部件熱負(fù)荷計(jì)算的必要環(huán)節(jié)。從20世紀(jì)20年代起，陸續(xù)有Nusselt、Eichelberg、Woschni和Hohenberg等研究者利用燃燒彈或者內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)傳熱試驗(yàn)數(shù)據(jù)和熱平衡試驗(yàn)數(shù)據(jù)，歸納總結(jié)了一系列經(jīng)驗(yàn)、半經(jīng)驗(yàn)的試驗(yàn)關(guān)聯(lián)式，甚至某些關(guān)聯(lián)式還在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)占據(jù)缸內(nèi)傳熱模型的主要地位，應(yīng)用范圍較廣泛。
　　 但是隨著個(gè)人計(jì)算機(jī)水平和數(shù)值計(jì)

2、算的發(fā)展，柴油機(jī)缸內(nèi)多維數(shù)值計(jì)算成為可能，一些通用和專用的CFD軟件開(kāi)始轉(zhuǎn)向缸內(nèi)工作過(guò)程仿真。二維或三維的缸內(nèi)多維數(shù)值計(jì)算結(jié)果能夠提供缸內(nèi)速度場(chǎng)、溫度場(chǎng)和壓力場(chǎng)等信息的空間分布特性和時(shí)間分布特性，這些是傳統(tǒng)的缸內(nèi)工作過(guò)程仿真所不能提供的。為了平衡計(jì)算時(shí)間和計(jì)算資源，這些CFD軟件通常利用壁面函數(shù)計(jì)算缸內(nèi)傳熱過(guò)程。由于推導(dǎo)壁面函數(shù)的前提條件在缸內(nèi)這種噴油、燃燒和活塞運(yùn)動(dòng)的環(huán)境中很難全部成立，導(dǎo)致壁面函數(shù)預(yù)測(cè)的計(jì)算值與試驗(yàn)值偏差較大。

3、>　　 本文利用缸內(nèi)多維數(shù)值模擬軟件Converge，結(jié)合某單缸柴油機(jī)缸蓋底面某些測(cè)點(diǎn)的缸內(nèi)傳熱試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)應(yīng)用較廣泛的傳統(tǒng)的Woschni半經(jīng)驗(yàn)試驗(yàn)關(guān)聯(lián)式進(jìn)行改進(jìn)，將其從空間零維推廣至空間三維，與傳統(tǒng)的壁面函數(shù)法相比，該方法與試驗(yàn)值符合更好。具體來(lái)說(shuō)，本文主要結(jié)論如下:
　　 (1)偏心的活塞凹坑僅僅在燃燒上止點(diǎn)附近時(shí)，才對(duì)缸蓋底面附近流體壓力場(chǎng)、溫度場(chǎng)、速度場(chǎng)和湍動(dòng)能場(chǎng)產(chǎn)生較大影響。其他時(shí)刻，各場(chǎng)參數(shù)分布云圖基本仍以氣缸軸

4、線為中心。
　　 (2)與該單缸柴油機(jī)缸蓋底面測(cè)點(diǎn)的熱流密度試驗(yàn)數(shù)據(jù)相比，Han-Reitz溫度壁面函數(shù)計(jì)算的熱流密度都偏大，而改進(jìn)的Woschni模型則較好地預(yù)測(cè)了壁面熱流密度峰值和峰值相位。
　　 (3)缸蓋底面、活塞頂面和缸套內(nèi)壁的對(duì)流換熱系數(shù)時(shí)間上呈先增加后減小的趨勢(shì)，在燃燒上止點(diǎn)后10° CA-20° CA達(dá)到最大值;空間上缸蓋底面、活塞頂面整體呈以活塞凹坑為中心，中心區(qū)域和邊緣區(qū)域低，中間環(huán)形區(qū)域高的分布特點(diǎn)

5、。缸套由于其不同時(shí)刻與高溫燃?xì)饨佑|的面積不同，對(duì)流換熱系數(shù)軸向呈上高下低的趨勢(shì);周向分布不均勻，可能與活塞凹坑偏心有關(guān)。
　　 (4)柴油機(jī)缸內(nèi)全局傳熱特性分析對(duì)了解柴油機(jī)宏觀特性是很有幫助的。缸蓋底面和活塞頂面對(duì)流換熱系數(shù)時(shí)均值云圖分布規(guī)律基本相同，中心區(qū)域和邊緣區(qū)域?qū)α鲹Q熱系數(shù)較低，中間環(huán)形區(qū)域形成高值區(qū)。該單缸柴油機(jī)缸蓋底面的對(duì)流換熱系數(shù)最大，活塞頂面次之，缸套最小。全局對(duì)流換熱系數(shù)介于缸蓋底面和活塞頂面之間。原Wosch