柴油機冷卻液流動及流固耦合傳熱分析.pdf

1、車用柴油機冷卻液的流動與傳熱問題一直倍受人們的關(guān)注，這是由于冷卻液的流動與傳熱不僅直接影響到柴油機的冷卻效率、高溫零部件的熱負荷、熱量分配和能量利用，而且對于高強化的多缸柴油機來說，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。在對柴油機冷卻液流動與傳熱問題的研究中，由于結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，用試驗儀器進行測量往往不能得到有關(guān)的詳細信息。與試驗相比較，采用三維數(shù)值模擬方法解決流動與傳熱問題可以大大降低研究費用

2、，節(jié)省資源，縮短開發(fā)周期，還可以獲得一些試驗不能測量或難以測量的結(jié)果。在對柴油機冷卻液流動與傳熱的數(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行傳熱計算，這種方法需要不斷調(diào)整傳熱計算中假設(shè)的流體的邊界條件，這個過程比較繁瑣，考慮到固液邊界上傳熱條件的不均勻性，計算與實際情況存在一定的差距。另外，在柴油機冷卻液的傳熱計算中，較少考慮沸騰換熱對其溫度分布的影響。
　　本文針對上述問題，對柴油機機體水套和缸蓋水腔冷卻液的流動進行

3、了三維數(shù)值模擬研究，得到了速度場、壓力場；對缸蓋部分冷卻液流場與缸蓋進行流固耦合傳熱計算，得到了流體區(qū)域和固體區(qū)域的溫度場。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。
　　為了對柴油機冷卻問題中涉及的流動與傳熱問題進行深入研究，本文主要利用大型通用流體動力學軟件STAR-CCM+對冷卻液的流動與流固耦合傳熱問題進行數(shù)值模擬研究。缸體水套和缸蓋水腔幾何模型的計算網(wǎng)格主體上采用六面體網(wǎng)格，對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，用有限體積法求解流體運動控制方程、標準湍流模型和標準壁面方程。
　　本文的主要研究內(nèi)容有：
　　1）針對某六缸柴油機機體水套和缸蓋水腔內(nèi)的流動，通過分析對比選擇合適的物理模型和數(shù)學模型，結(jié)合已知流體域的相關(guān)參數(shù)，施加合理準確的邊界條件，得到了流體在機體、缸蓋以及兩者連接部分的速度場，并通過進口處面積平均壓力的監(jiān)測

5、，得到了進出口處的壓力損失。
　　2）對無沸騰（非等溫定常流動）時單缸柴油機缸蓋水腔流固耦合傳熱進行分析，分別對流體域和固體域選擇合適的物理模型，根據(jù)以往的文獻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），加入了沸騰模型，重新對流體域物理模型及邊界條件進行設(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