本文關(guān)鍵詞：非道路高壓共軌柴油機(jī)冷卻水流動(dòng)特性分析

  更多相關(guān)文章： 柴油機(jī) 冷卻系統(tǒng) 熱平衡 聯(lián)合仿真 正交優(yōu)化

【摘要】：發(fā)動(dòng)機(jī)的熱負(fù)荷一般由有較高的金屬溫度、金屬溫度梯度等應(yīng)力應(yīng)變或損失等相關(guān)參數(shù)來(lái)表示,而冷卻的目的是要維持發(fā)動(dòng)機(jī)部件的金屬溫度和溫度梯度處于一個(gè)合適的水平上。高的熱負(fù)荷會(huì)導(dǎo)致很多耐久性問(wèn)題,例如氣缸蓋和排氣管內(nèi)出現(xiàn)裂縫,以及渦輪轉(zhuǎn)子內(nèi)的損傷,因此對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)提出了高要求。此外隨著能源和環(huán)境危機(jī)的出現(xiàn),為了滿(mǎn)足嚴(yán)格的排放法規(guī)和改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性,也對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)提出更高的要求。因此管理熱負(fù)荷已經(jīng)成為現(xiàn)代渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)在設(shè)計(jì)上的一大挑戰(zhàn)。為此,論文中以一款非道路高壓共軌柴油機(jī)冷卻系統(tǒng)為研究對(duì)象,結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)熱平衡試驗(yàn),采用一維與三維聯(lián)合仿真的方法對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行模擬計(jì)算分析。(1)通過(guò)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行熱平衡臺(tái)架試驗(yàn),獲取計(jì)算模型的邊界條件,并驗(yàn)證一維仿真模型的正確性。通過(guò)在額定工況和最大扭矩工況下對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行熱平衡試驗(yàn),測(cè)量出發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)出水溫度、冷卻液流量等,計(jì)算出冷卻液的熱量分配,評(píng)估冷卻系統(tǒng)匹配的合理性,為整機(jī)冷卻系統(tǒng)匹配提供設(shè)計(jì)依據(jù)。(2)結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際工作狀態(tài),利用一維軟件GT-COOL對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)建立一維模型,分析發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)在額定工況點(diǎn)和最大扭矩點(diǎn)處的溫度場(chǎng)和流場(chǎng),與試驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比,并分析水泵流量、風(fēng)扇參數(shù)和散熱器正面積對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)出口溫度、溫差的影響。(3)通過(guò)一維仿真獲得邊界條件,利用三維軟件AVL fire對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水套進(jìn)行溫度場(chǎng)、流場(chǎng)和壓力場(chǎng)分析,并對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水套改進(jìn)方案提出依據(jù)。從CFD結(jié)果分析來(lái)看,整機(jī)水套基本滿(mǎn)足冷卻要求,冷卻水套存在流動(dòng)不均勻,各缸排氣側(cè)出現(xiàn)較小流速,甚至出現(xiàn)漩渦,在機(jī)體水套上部形成低速滯止區(qū),發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋冷卻水套第4缸的水套區(qū)域的流速較弱。從鼻梁區(qū)分析上看,除了第1缸的鼻梁區(qū)達(dá)到了冷卻要求,其他缸的鼻梁區(qū)都沒(méi)有達(dá)到冷卻效果,且偏低。(4)基于正交設(shè)計(jì)方法對(duì)冷卻水套進(jìn)行優(yōu)化。利用正交設(shè)計(jì)法建立冷卻水套正交計(jì)算方案,得到冷卻水套最優(yōu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。結(jié)果表明,最優(yōu)方案能較好的提高整機(jī)的冷卻效果,其中,整機(jī)水套的平均流速及換熱系數(shù)比原方案分別提高了13.1%、5.4%;機(jī)體水套的平均流速及換熱系數(shù)分別提高了17.3%、15%；缸蓋水套的平均流速及換熱系數(shù)分別提高了9.5%、12.6%；鼻梁區(qū)的平均流速比原方案提高了18%;缸套上表面的平均流速比原方案提高了16.1%。
【關(guān)鍵詞】：柴油機(jī) 冷卻系統(tǒng) 熱平衡 聯(lián)合仿真 正交優(yōu)化
【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TK421
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 緒論11-19
• 1.1 課題研究背景及意義11-12
• 1.2 發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)研究現(xiàn)狀12-16
• 1.2.1 一維仿真12-14
• 1.2.2 三維仿真14-15
• 1.2.3 耦合仿真15-16
• 1.2.4 試驗(yàn)研究16
• 1.3 論文研究的主要內(nèi)容16-17
• 1.4 論文研究的技術(shù)路線17-19
• 第二章 發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的熱平衡試驗(yàn)研究19-31
• 2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)熱平衡試驗(yàn)介紹19
• 2.2 發(fā)動(dòng)機(jī)熱平衡試驗(yàn)的基礎(chǔ)理論19-21
• 2.3 發(fā)動(dòng)機(jī)熱平衡臺(tái)架試驗(yàn)測(cè)量21-25
• 2.3.1 試驗(yàn)對(duì)象21
• 2.3.2 試驗(yàn)設(shè)備21-24
• 2.3.3 試驗(yàn)臺(tái)架總體布置24-25
• 2.3.4 試驗(yàn)方法25
• 2.4 發(fā)動(dòng)機(jī)熱平衡試驗(yàn)結(jié)果分析25-30
• 2.4.1 發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液流量分布分析25-26
• 2.4.2 發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇的消耗功率分析26-28
• 2.4.3 試驗(yàn)得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)28
• 2.4.4 發(fā)動(dòng)機(jī)散熱量的規(guī)律分析28-30
• 2.5 本章小結(jié)30-31
• 第三章 發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)一維計(jì)算模型的建立及分析31-43
• 3.1 一維流動(dòng)和傳熱的基本方程31-33
• 3.1.1 連續(xù)方程31-32
• 3.1.2 動(dòng)量方程32-33
• 3.1.3 能量方程33
• 3.2 發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)一維模型建立33-37
• 3.2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的工作原理及結(jié)構(gòu)33-34
• 3.2.2 換熱器34-35
• 3.2.3 水泵35
• 3.2.4 節(jié)溫器35-36
• 3.2.5 散熱器36
• 3.2.6 風(fēng)扇36-37
• 3.2.7 發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)建模37
• 3.3 一維仿真結(jié)果分析及試驗(yàn)對(duì)比37-39
• 3.4 額定工況下發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)性能影響因素分析39-41
• 3.4.1 水泵流量對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)出口溫度及溫差的影響39-40
• 3.4.2 風(fēng)扇參考?jí)毫?duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)出水溫度的影響40
• 3.4.3 風(fēng)扇體積流量對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)出水溫度的影響40-41
• 3.4.4 散熱器芯部正面積對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)出水溫度的影響41
• 3.5 本章小結(jié)41-43
• 第四章 發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水套CFD仿真計(jì)算43-65
• 4.1 發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水套CFD介紹及軟件應(yīng)用43
• 4.2 發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水套三維計(jì)算的理論基礎(chǔ)43-48
• 4.2.1 傳熱理論43-45
• 4.2.2 湍流模型45-46
• 4.2.3 數(shù)值計(jì)算方法46-48
• 4.3 發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水套模型分析48-52
• 4.3.1 幾何模型48-50
• 4.3.2 網(wǎng)格劃分50-51
• 4.3.3 設(shè)置邊界條件51
• 4.3.4 冷卻水套設(shè)計(jì)應(yīng)滿(mǎn)足的要求51-52
• 4.4 發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水套CFD計(jì)算結(jié)果分析52-63
• 4.4.1 整機(jī)冷卻水套CFD分析52-54
• 4.4.2 機(jī)體水套CFD分析54-57
• 4.4.3 缸蓋水套CFD分析57-60
• 4.4.4 上水孔對(duì)冷卻液流動(dòng)影響分析60-63
• 4.5 本章小結(jié)63-65
• 第五章 發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水套優(yōu)化設(shè)計(jì)65-75
• 5.1 發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水套的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案的選定65-68
• 5.1.1 優(yōu)化方法的確定65
• 5.1.2 影響因素的選擇65-66
• 5.1.3 水孔布置的優(yōu)化方案建立66-68
• 5.2 發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水套優(yōu)化方案的模擬結(jié)果分析68-69
• 5.2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水套的流場(chǎng)分析68
• 5.2.2 發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水套的壓力場(chǎng)分析68-69
• 5.2.3 發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水套的換熱系數(shù)分析69
• 5.3 最優(yōu)方案結(jié)果分析69-72
• 5.3.1 最優(yōu)方案的機(jī)體冷卻水套的流場(chǎng)分析69-71
• 5.3.2 最優(yōu)方案的缸蓋冷卻水套的流場(chǎng)分析71-72
• 5.3.3 最優(yōu)方案與原方案的改進(jìn)結(jié)果分析72
• 5.4 小結(jié)72-75
• 第六章 全文總結(jié)與展望75-77
• 6.1 全文總結(jié)75-76
• 6.2 展望76-77
• 致謝77-79
• 參考文獻(xiàn)79-85
• 附錄A 攻讀碩士學(xué)位期間參與項(xiàng)目及發(fā)表論文85-87
• 附錄B 攻讀碩士學(xué)位期間所獲獎(jiǎng)勵(lì)87

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本文編號(hào)：1093381