氣缸蓋冷卻水腔內(nèi)過冷沸騰傳熱多相流數(shù)值模擬基礎(chǔ)研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、現(xiàn)代社會(huì)對高強(qiáng)化、高功率密度的內(nèi)燃機(jī)的需求越來越大,發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)所承受的熱負(fù)荷不斷地增加。氣缸蓋是內(nèi)燃機(jī)中結(jié)構(gòu)最為復(fù)雜,熱負(fù)荷最為嚴(yán)峻的零件之一。氣缸蓋內(nèi)冷卻水的流動(dòng)與傳熱狀況直接影響到氣缸蓋的使用壽命與發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性?,F(xiàn)有研究已經(jīng)證明,高負(fù)荷工況下的內(nèi)燃機(jī)冷卻水腔內(nèi)存在冷卻水沸騰的情況。由于汽化潛熱的存在,沸騰換熱效果是非相變對流換熱的數(shù)倍甚至數(shù)十倍。若能合理利用冷卻水腔內(nèi)的過冷沸騰傳熱,則無需改變現(xiàn)有冷卻水腔的結(jié)構(gòu),即可達(dá)到大幅度強(qiáng)化

2、換熱的目的。將過冷沸騰傳熱數(shù)值模擬研究應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋冷卻水腔的前期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,可以預(yù)測冷卻水腔的溫度分布,有利于氣缸蓋的結(jié)構(gòu)優(yōu)化,從而大大縮短內(nèi)燃機(jī)的設(shè)計(jì)周期。
  傳統(tǒng)的過冷沸騰傳熱數(shù)值模擬大多是建立在Chen模型基礎(chǔ)上的單相流數(shù)值模擬方法和均相流數(shù)值模擬方法。它們忽視了氣體與液體的流速差異,只能在特定工況下與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相吻合。本文所采用兩相流數(shù)值模擬的研究方法,與傳統(tǒng)單相流數(shù)值模擬方法相比,更符合實(shí)際物理情形,結(jié)果更加準(zhǔn)確。

3、首先,依據(jù)Robinson的實(shí)驗(yàn),采用多相流的數(shù)值模擬方法,結(jié)合目前常用的6種沸騰子模型,確定了在矩形截面通道內(nèi),過冷沸騰傳熱模擬所需要的沸騰模型的選用,證明了多相流模擬方法與實(shí)驗(yàn)結(jié)果能很好地吻合;同時(shí)發(fā)現(xiàn)了過冷沸騰傳熱數(shù)值模擬中,最重要的影響參數(shù)為湍流離散力。其次,通過流固耦合傳熱數(shù)值模擬,獲得了實(shí)際內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行工況下氣缸蓋的溫度分布,以及氣缸蓋冷卻水腔內(nèi)冷卻液的溫度分布、速度分布與壓力分布,結(jié)果表明內(nèi)燃機(jī)氣缸蓋冷卻水腔鼻梁區(qū)的壁面溫度

4、已經(jīng)超過了冷卻液飽和壓力所對應(yīng)的沸點(diǎn),證實(shí)了氣缸蓋冷卻水腔內(nèi)過冷沸騰現(xiàn)象的存在。最后,對比了歐拉兩相流模型與均相流模型在內(nèi)燃機(jī)冷卻水腔鼻梁區(qū)內(nèi)數(shù)值模擬的結(jié)果,結(jié)果表明歐拉多相流模型相對于均相流模型有更好的適應(yīng)性;在T型截面通道內(nèi),通過改變進(jìn)口流速,發(fā)現(xiàn)僅存在對流換熱時(shí),冷卻液流速是影響換熱效果的重要因素,然而存在過冷沸騰時(shí)下,冷卻液流速對換熱效果的影響并不大;將過冷沸騰應(yīng)用于氣缸蓋鼻梁區(qū),可以將換熱系數(shù)提高50%以上,而泵功損失的增加在

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