為緩解柴油機活塞的過熱問題,對冷卻環(huán)道內(nèi)的氣液兩相流動狀態(tài)及傳熱特性進(jìn)行了研究。根據(jù)計算流體力學(xué)方法確立柴油機冷卻環(huán)道流動的湍流模型和相界面模型。采用有限元方法,建立冷卻環(huán)道兩相流仿真模型,針對柴油機不同的轉(zhuǎn)速、油壓和油溫條件分別進(jìn)行仿真計算,得出油液的體積率和平均換熱系數(shù)隨曲軸轉(zhuǎn)角的變化規(guī)律。通過發(fā)動機噴流試驗臺的驗證可知,冷卻環(huán)道內(nèi)兩相流動狀態(tài)的實驗與仿真結(jié)果具有良好的匹配性。研究結(jié)果表明:噴油壓力對油液體積率和平均換熱系數(shù)的影響非常小;油體積率和平均換熱系數(shù)的變化趨勢不存在一致性;冷卻環(huán)道的換熱能力主要由油液黏度和振蕩強度決定。 

【文章來源】：液壓與氣動. 2019,(10)北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

環(huán)道結(jié)構(gòu)

褂肫??2019年第10期然后逐漸促使計算收斂，可明顯地提升計算效率。2有限元仿真與驗證2．1模型前處理柴油機冷卻環(huán)道如圖1所示，在建立有限元模型時，其氣液兩相流動模型包括冷卻環(huán)道流體、進(jìn)出油道流體、活塞端部流體(可簡化為圓柱結(jié)構(gòu))，如圖2所示。圖1環(huán)道結(jié)構(gòu)圖2冷卻環(huán)道三維模型對于流體有限元計算，網(wǎng)格的劃分是影響計算效率和計算精度的關(guān)鍵。對于活塞本身的運動，采用動網(wǎng)格技術(shù)實現(xiàn)垂直往返模擬。由于橫向移動幅度較小，可忽略。整個仿真計算流程如圖3所示，根據(jù)傳熱邊界條件以及初始條件進(jìn)行多相追蹤模型、控制方程和雙湍流模型的求解。根據(jù)模型的主次因素，忽略活圖3數(shù)值計算流程圖塞二階運動［11］對動網(wǎng)格的影響，并且假定流體為均勻相。2．2兩相流動實驗驗證方案柴油機的冷卻環(huán)道流動實驗基于發(fā)動機噴流試驗臺實現(xiàn)。如圖4所示，通過3D打印方法制備出冷卻環(huán)道和進(jìn)出油通道，并安裝至實驗臺�？梢钥闯�:冷卻環(huán)道頂端連接頂桿，用于模擬活塞的往復(fù)運動，可預(yù)設(shè)發(fā)動機轉(zhuǎn)速控制往復(fù)頻率，并通過瞬態(tài)位置確定曲軸的轉(zhuǎn)角α;進(jìn)油通道連接噴嘴，通過液壓站實現(xiàn)機油回流。冷卻環(huán)道和進(jìn)出油通道均為透明材質(zhì)，可通過高速相機捕捉到氣液兩相的瞬時流動狀態(tài)。圖4試驗后的摩擦副表面形貌設(shè)定噴流實驗臺中的活塞運動速度，模擬對柴油發(fā)動機轉(zhuǎn)速為500r/min時的環(huán)道流動，可得出曲軸轉(zhuǎn)角α分別為30°和90°時的氣液兩相分布狀態(tài)如圖5所示。相同條件下，CFD模型計算得出冷卻環(huán)道內(nèi)油液的體積率(V0)如圖6所示。通過實驗驗證可知，冷卻環(huán)道內(nèi)兩相流動的實驗結(jié)果與仿真?

D打印方法制備出冷卻環(huán)道和進(jìn)出油通道，并安裝至實驗臺。可以看出:冷卻環(huán)道頂端連接頂桿，用于模擬活塞的往復(fù)運動，可預(yù)設(shè)發(fā)動機轉(zhuǎn)速控制往復(fù)頻率，并通過瞬態(tài)位置確定曲軸的轉(zhuǎn)角α;進(jìn)油通道連接噴嘴，通過液壓站實現(xiàn)機油回流。冷卻環(huán)道和進(jìn)出油通道均為透明材質(zhì)，可通過高速相機捕捉到氣液兩相的瞬時流動狀態(tài)。圖4試驗后的摩擦副表面形貌設(shè)定噴流實驗臺中的活塞運動速度，模擬對柴油發(fā)動機轉(zhuǎn)速為500r/min時的環(huán)道流動，可得出曲軸轉(zhuǎn)角α分別為30°和90°時的氣液兩相分布狀態(tài)如圖5所示。相同條件下，CFD模型計算得出冷卻環(huán)道內(nèi)油液的體積率(V0)如圖6所示。通過實驗驗證可知，冷卻環(huán)道內(nèi)兩相流動的實驗結(jié)果與仿真結(jié)果基本一致，該兩相流動數(shù)值模擬方案具有良好的可行性。研究結(jié)果可以看出:在曲軸轉(zhuǎn)角由0°開始增大時，機油將沖擊冷卻環(huán)道，油液首先表現(xiàn)出明顯的分層現(xiàn)象，隨著活圖5不同曲軸轉(zhuǎn)角下的環(huán)道流動狀態(tài)實驗結(jié)果64?????????????????????????????????????????????????

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]防爆柴油機噴霧降溫系統(tǒng)及其性能研究[J]. 張順凱,顧文鈺,鄔斌揚,蘇萬華.  內(nèi)燃機工程. 2019(01)
[2]并聯(lián)混動用內(nèi)燃機活塞外圓型線優(yōu)化[J]. 汪若英,葛超峰,歐陽艷.  內(nèi)燃機與配件. 2019(01)
[3]組噴孔噴嘴對雙對置柴油機噴霧及燃燒的影響[J]. 周健豪,盛雪爽,楊海青,趙萬忠,宋廷倫.  航空動力學(xué)報. 2019(01)
[4]工程機械用柴油機的應(yīng)用前景展望[J]. 伍賽特.  建筑機械. 2019(01)
[5]穩(wěn)定和過渡工況下柴油機活塞頂面瞬態(tài)熱負(fù)荷變化規(guī)律[J]. 雷基林,王東方,鄧晰文,辛千凡,文均.  農(nóng)業(yè)工程學(xué)報. 2018(21)
[6]不同網(wǎng)格扭曲率下壓力修正全隱算法——IDEAL求解性能研究[J]. 孫東亮,王艷寧,張奧林,宇波,李漢勇.  計算力學(xué)學(xué)報. 2017(02)
[7]直角截止閥噪聲特性分析及優(yōu)化設(shè)計[J]. 劉東彥,李發(fā),高隆隆,李寶仁.  液壓與氣動. 2016(11)
[8]運動界面追蹤的CVOFLS方法[J]. 周文,歐陽潔,崔立營.  工程數(shù)學(xué)學(xué)報. 2015(05)
[9]多相流振蕩傳熱湍流數(shù)值模型的比較研究[J]. 朱海榮,張衛(wèi)正,原彥鵬.  車用發(fā)動機. 2014(06)
[10]考慮湍流模型差異的高強化活塞振蕩冷卻效果研究[J]. 朱海榮,張衛(wèi)正,原彥鵬.  內(nèi)燃機工程. 2016(02)



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