本文關(guān)鍵詞：計(jì)入沸騰傳熱的汽油機(jī)缸蓋CFD分析及傳熱研究

  更多相關(guān)文章： 沸騰傳熱 氣缸蓋 水套 兩相流 流固耦合 熱-機(jī)耦合 空泡份額

【摘要】：沸騰傳熱是水冷式內(nèi)燃機(jī)氣缸蓋冷卻水套內(nèi)一種重要的換熱方式。通過沸騰傳熱因素對(duì)氣缸蓋冷卻系統(tǒng)流動(dòng)及傳熱情況影響的研究,可以更加精確的預(yù)測(cè)、評(píng)價(jià)和優(yōu)化內(nèi)燃機(jī)氣缸蓋冷卻水套的結(jié)構(gòu)。本文的主要工作有以下幾個(gè)部分:(1)利用Eular多相流模型作為理論基礎(chǔ),結(jié)合Rohsenow核態(tài)沸騰換熱準(zhǔn)則,創(chuàng)建了新的兩相流沸騰傳熱模型,并通過一個(gè)冷卻水道內(nèi)的沸騰傳熱實(shí)驗(yàn)對(duì)該模型進(jìn)行驗(yàn)證。通過實(shí)驗(yàn)對(duì)BDL沸騰傳熱和兩相流沸騰模型計(jì)算精度進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果表明,本文提出的兩相流沸騰傳熱模型計(jì)算精度更高。(2)以某高速船用汽油機(jī)為研究對(duì)象,首先進(jìn)行整機(jī)水上實(shí)驗(yàn),得到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。利用STAR-CCM+軟件對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻系統(tǒng)進(jìn)行CFD分析,然后與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比,從而確定數(shù)值模擬計(jì)算能夠正確的反應(yīng)出發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水的真實(shí)流動(dòng)情況,為下一步的沸騰傳熱仿真計(jì)算提供流動(dòng)邊界條件。其次是利用GT-Power軟件進(jìn)行熱力過程的仿真計(jì)算,得到了氣缸蓋火力面部分和進(jìn)排氣道周圍壁面熱邊界條件。(3)采用BDL沸騰傳熱模型和兩相流沸騰傳熱模型對(duì)氣缸蓋進(jìn)行傳熱分析。利用Hyper Mesh軟件和STAR-CCM+軟件對(duì)氣缸蓋的三維數(shù)模進(jìn)行處理之后,對(duì)其進(jìn)行流固耦合計(jì)算,從而得到氣缸蓋的溫度場(chǎng)、換熱系數(shù)和氣缸蓋中冷卻水套內(nèi)空泡份額的分布情況,通過對(duì)兩種不同模型的計(jì)算結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比,分析沸騰傳熱的因素對(duì)冷卻水套的流動(dòng)和氣缸蓋傳熱的影響。結(jié)果表明,應(yīng)用兩相流沸騰傳熱模型比BDL沸騰傳熱模型的氣缸蓋大部分區(qū)域的溫度都普遍降低,兩相流沸騰傳熱模型比BDL沸騰模型更加強(qiáng)化了冷卻水套的換熱能力,對(duì)比分析表明,本文所提出的兩相流沸騰傳熱模型更加適合氣缸蓋內(nèi)的流動(dòng)傳熱的實(shí)際狀況。(4)采用有限元分析的方法,利用軟件STAR-CCM+和ABAQUS進(jìn)行有限元分析,研究沸騰傳熱因素對(duì)該汽油機(jī)氣缸蓋熱-機(jī)耦合應(yīng)力分布的影響情況。結(jié)果表明,應(yīng)用兩相流沸騰傳熱模型比BDL沸騰傳熱模型的氣缸蓋大部分區(qū)域的熱應(yīng)力和耦合應(yīng)力都普遍降低,各個(gè)參數(shù)均滿足發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋材料強(qiáng)度要求。
【關(guān)鍵詞】：沸騰傳熱 氣缸蓋 水套 兩相流 流固耦合 熱-機(jī)耦合 空泡份額
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TK413
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-17
• 1.1 計(jì)入沸騰傳熱的氣缸蓋研究的背景和意義11-13
• 1.1.1 研究背景11-12
• 1.1.2 研究意義12-13
• 1.2 計(jì)入沸騰傳熱的氣缸蓋研究的研究方法及現(xiàn)狀13-15
• 1.2.1 氣缸蓋傳熱研究概況14
• 1.2.2 國外研究動(dòng)態(tài)14-15
• 1.2.3 國內(nèi)研究動(dòng)態(tài)15
• 1.3 本文研究?jī)?nèi)容15-17
• 第2章 兩相流沸騰傳熱模型及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證17-28
• 2.1 沸騰傳熱及其發(fā)展過程17-20
• 2.1.1 池內(nèi)沸騰17-18
• 2.1.2 管內(nèi)沸騰18-20
• 2.2 沸騰傳熱計(jì)算模型現(xiàn)狀20-21
• 2.2.1 單相流沸騰傳熱模型20
• 2.2.2 均質(zhì)流沸騰傳熱模型20
• 2.2.3 兩相流沸騰傳熱模型20-21
• 2.3 沸騰傳熱數(shù)學(xué)模型21-22
• 2.3.1 Chen模型21-22
• 2.3.2 BDL模型22
• 2.4 本文采用的兩相流沸騰傳熱數(shù)學(xué)模型22-25
• 2.4.1 兩相流基本方程22-23
• 2.4.2 傳熱方程23-24
• 2.4.3 流固耦合控制方程24-25
• 2.5 空泡份額及其方程25
• 2.6 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證25-27
• 2.6.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?/span>25-26
• 2.6.2 計(jì)算結(jié)果與分析26-27
• 2.7 本章小結(jié)27-28
• 第3章 缸蓋冷卻水套的CFD流動(dòng)分析28-46
• 3.1 幾何模型的創(chuàng)建28-32
• 3.1.1 汽油機(jī)的主要參數(shù)28
• 3.1.2 幾何模型創(chuàng)建28-30
• 3.1.3 氣缸蓋冷卻系統(tǒng)模型區(qū)域及網(wǎng)格劃分30-32
• 3.2 發(fā)動(dòng)機(jī)水上實(shí)驗(yàn)32-37
• 3.2.1 出水溫度測(cè)量33-35
• 3.2.2 冷卻水進(jìn)水流量測(cè)量35-37
• 3.2.3 節(jié)溫器出水管出水流量測(cè)量37
• 3.3 缸蓋溫度測(cè)量實(shí)驗(yàn)37-38
• 3.4 發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)流動(dòng)分析38-45
• 3.4.1 冷卻系統(tǒng)計(jì)算模型38-39
• 3.4.2 邊界條件的設(shè)定39-40
• 3.4.3 整機(jī)冷卻系統(tǒng)計(jì)算結(jié)果分析40-45
• 3.5 本章小結(jié)45-46
• 第4章 計(jì)入沸騰傳熱的缸蓋傳熱分析46-59
• 4.1 計(jì)算模型與邊界條件46-51
• 4.1.1 計(jì)算模型47-48
• 4.1.2 邊界條件48-51
• 4.2 計(jì)入單相流沸騰傳熱的缸蓋傳熱分析51-53
• 4.2.1 缸蓋水套壁面換熱系數(shù)分析51-52
• 4.2.2 缸蓋溫度場(chǎng)計(jì)算結(jié)果分析52-53
• 4.3 計(jì)入兩相流沸騰傳熱的缸蓋傳熱分析53-58
• 4.3.1 沸騰對(duì)缸蓋水套壁面換熱系數(shù)的影響53-54
• 4.3.2 計(jì)入沸騰的缸蓋溫度計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值的對(duì)比54-57
• 4.3.3 缸蓋水套內(nèi)的空泡份額分布57-58
• 4.4 本章小結(jié)58-59
• 第5章 計(jì)入沸騰傳熱的熱-機(jī)耦合應(yīng)力分析59-64
• 5.1 氣缸蓋材料屬性59
• 5.2 邊界條件59-61
• 5.3 沸騰因素對(duì)缸蓋熱應(yīng)力場(chǎng)的影響61-62
• 5.4 熱-機(jī)耦合應(yīng)力分布情況62-63
• 5.5 本章小結(jié)63-64
• 全文總結(jié)與展望64-66
• 1.總結(jié)64-65
• 2.展望65-66
• 參考文獻(xiàn)66-69
• 附錄A 攻讀學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄69-70
• 致謝70

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