柴油機(jī)冷卻液流動(dòng)及流固耦合傳熱分析.pdf

1、車用柴油機(jī)冷卻液的流動(dòng)與傳熱問(wèn)題一直倍受人們的關(guān)注，這是由于冷卻液的流動(dòng)與傳熱不僅直接影響到柴油機(jī)的冷卻效率、高溫零部件的熱負(fù)荷、熱量分配和能量利用，而且對(duì)于高強(qiáng)化的多缸柴油機(jī)來(lái)說(shuō)，還影響到各缸冷卻的均勻性、充氣效率、油氣混合、燃燒、火焰?zhèn)鞑?、傳熱、污染物生成等。在?duì)柴油機(jī)冷卻液流動(dòng)與傳熱問(wèn)題的研究中，由于結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，用試驗(yàn)儀器進(jìn)行測(cè)量往往不能得到有關(guān)的詳細(xì)信息。與試驗(yàn)相比較，采用三維數(shù)值模擬方法解決流動(dòng)與傳熱問(wèn)題可以大大降低研究費(fèi)用

2、，節(jié)省資源，縮短開(kāi)發(fā)周期，還可以獲得一些試驗(yàn)不能測(cè)量或難以測(cè)量的結(jié)果。在對(duì)柴油機(jī)冷卻液流動(dòng)與傳熱的數(shù)值模擬研究中，傳統(tǒng)方法是將缸內(nèi)流體和固體部分分別進(jìn)行傳熱計(jì)算，這種方法需要不斷調(diào)整傳熱計(jì)算中假設(shè)的流體的邊界條件，這個(gè)過(guò)程比較繁瑣，考慮到固液邊界上傳熱條件的不均勻性，計(jì)算與實(shí)際情況存在一定的差距。另外，在柴油機(jī)冷卻液的傳熱計(jì)算中，較少考慮沸騰換熱對(duì)其溫度分布的影響。
　　本文針對(duì)上述問(wèn)題，對(duì)柴油機(jī)機(jī)體水套和缸蓋水腔冷卻液的流動(dòng)進(jìn)行

3、了三維數(shù)值模擬研究，得到了速度場(chǎng)、壓力場(chǎng)；對(duì)缸蓋部分冷卻液流場(chǎng)與缸蓋進(jìn)行流固耦合傳熱計(jì)算，得到了流體區(qū)域和固體區(qū)域的溫度場(chǎng)。本文還探索了沸騰換熱影響下的缸蓋水腔流固耦合及其流體區(qū)域的溫度場(chǎng)。
　　為了對(duì)柴油機(jī)冷卻問(wèn)題中涉及的流動(dòng)與傳熱問(wèn)題進(jìn)行深入研究，本文主要利用大型通用流體動(dòng)力學(xué)軟件STAR-CCM+對(duì)冷卻液的流動(dòng)與流固耦合傳熱問(wèn)題進(jìn)行數(shù)值模擬研究。缸體水套和缸蓋水腔幾何模型的計(jì)算網(wǎng)格主體上采用六面體網(wǎng)格，對(duì)于壁面采用邊界層網(wǎng)格

4、處理，這樣的網(wǎng)格既能很好地適應(yīng)冷卻系統(tǒng)復(fù)雜的幾何表面，又進(jìn)一步保證了網(wǎng)格質(zhì)量。本文采用不可壓縮粘性流體的湍流流動(dòng)，用有限體積法求解流體運(yùn)動(dòng)控制方程、標(biāo)準(zhǔn)湍流模型和標(biāo)準(zhǔn)壁面方程。
　　本文的主要研究?jī)?nèi)容有：
　　1）針對(duì)某六缸柴油機(jī)機(jī)體水套和缸蓋水腔內(nèi)的流動(dòng)，通過(guò)分析對(duì)比選擇合適的物理模型和數(shù)學(xué)模型，結(jié)合已知流體域的相關(guān)參數(shù)，施加合理準(zhǔn)確的邊界條件，得到了流體在機(jī)體、缸蓋以及兩者連接部分的速度場(chǎng)，并通過(guò)進(jìn)口處面積平均壓力的監(jiān)測(cè)

5、，得到了進(jìn)出口處的壓力損失。
　　2）對(duì)無(wú)沸騰（非等溫定常流動(dòng)）時(shí)單缸柴油機(jī)缸蓋水腔流固耦合傳熱進(jìn)行分析，分別對(duì)流體域和固體域選擇合適的物理模型，根據(jù)以往的文獻(xiàn)參考值確定合理的邊界條件，得到了流體域和固體域的溫度分布。
　　3）本文還探索了沸騰換熱（非等溫瞬態(tài)流動(dòng)），加入了沸騰模型，重新對(duì)流體域物理模型及邊界條件進(jìn)行設(shè)置，得到流體域的溫度分布圖、VOF（Volume of Fluid）等值面壓力分布圖以及流體固體換熱系數(shù)云圖