【摘要】：隨著汽車工業(yè)的高速發(fā)展與排放法規(guī)的日益嚴(yán)格,許多研發(fā)人員對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的熱負(fù)荷問題進(jìn)行了研究。作為發(fā)動(dòng)機(jī)中形狀、結(jié)構(gòu)最為復(fù)雜的部件,缸蓋在工作過程中不但承受著很高的機(jī)械載荷,同時(shí)還承受著高溫氣體的沖擊。如果得不到充分的冷卻很容易導(dǎo)致局部過熱,影響其工作效率和可靠性。因此,對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部冷卻水套的流動(dòng)傳熱過程和缸蓋等零部件的傳熱過程進(jìn)行分析,對(duì)高效地設(shè)計(jì)和優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)部件及冷卻水套的結(jié)構(gòu)具有重要意義。本文以某款商務(wù)車汽油機(jī)為研究對(duì)象。首先,為了觀察冷卻水套內(nèi)部流動(dòng)現(xiàn)象、評(píng)價(jià)其結(jié)構(gòu)的合理性,建立了發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水套的三維仿真計(jì)算模型,以計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)為理論基礎(chǔ),對(duì)冷卻水套內(nèi)的流動(dòng)過程進(jìn)行了數(shù)值模擬,得到了速度分布、流量分布、壓力分布、換熱系數(shù)分布等流動(dòng)特性。根據(jù)冷卻水套內(nèi)流場(chǎng)信息分析了水套的結(jié)構(gòu)形式和冷卻性能。其次,建立了發(fā)動(dòng)機(jī)一維和三維仿真模型。先后采用一維和三維的數(shù)值模擬方法對(duì)缸內(nèi)燃燒過程進(jìn)行數(shù)值計(jì)算,得到了燃燒過程中缸內(nèi)流場(chǎng)和溫度場(chǎng)結(jié)果,對(duì)比兩種方法下得到的溫度和壓力曲線,驗(yàn)證了仿真計(jì)算的有效性。同時(shí)得到了耦合傳熱分析中需要的壁面熱邊界條件。為了全面準(zhǔn)確地研究缸蓋、缸套及冷卻水套的傳熱過程,建立了缸蓋-水套-缸套耦合傳熱模型,以流動(dòng)和傳熱方程為理論基礎(chǔ),采用流固耦合數(shù)值模擬的方法,將缸內(nèi)燃?xì)鈧鳠帷⒗鋮s水套流動(dòng)傳熱及缸蓋缸套傳熱過程進(jìn)行耦合,得到更精確的缸蓋、缸套和水套溫度場(chǎng)分布狀況。找出了薄弱環(huán)節(jié),為結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了參考依據(jù)。此外,針對(duì)冷卻液不同參數(shù)對(duì)冷卻水套流動(dòng)和傳熱過程的影響,分別分析了冷卻液不同物性參數(shù)、不同入口流量和不同入口溫度三種情況下的計(jì)算結(jié)果。得到了各因素對(duì)冷卻水套流場(chǎng)及水套、缸蓋、缸套溫度場(chǎng)的影響規(guī)律,為冷卻液類型及冷卻水套入口條件的選取提供了一定依據(jù)。
【圖文】：

無法采用解析法精確描述流動(dòng)的所有細(xì)節(jié)。因此，研究人員采用一些數(shù)值方法，利用各種模型對(duì)湍流進(jìn)行不同形式的簡(jiǎn)化處理，以便進(jìn)行描述。不同形式的湍流模型及分類如圖2-1所示。湍流數(shù)值模擬方法大渦模擬(LES)雷諾平均法(RANS)直接模擬(DNS)雷諾應(yīng)力模型湍流粘性系數(shù)法(粘渦模型)雷諾應(yīng)力方程模型(RSM)代數(shù)應(yīng)力方程模型(ASM)零方程模型 單方程模型 雙方程模型標(biāo)準(zhǔn) 模型RNG 模型Realizable模型其他模型( 模型等)圖2-1 湍流模型分類(1)大渦模擬(LES)LES方法以湍流統(tǒng)計(jì)理論和擬序結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，克服了各模型的時(shí)均處理和普適性上的缺陷，把湍流瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)處理為大尺度渦和小尺度渦。大尺度渦包含了湍流運(yùn)動(dòng)中的主要能量，小尺度渦通過耗散將能量轉(zhuǎn)換成熱能。LES模型利用數(shù)值方法求解大尺度渦的運(yùn)動(dòng)微分方程組，在方程組中利用亞格子雷諾應(yīng)力近似模型來考慮小尺度渦的影響。相比直接模擬，LES大大減少了對(duì)計(jì)算資源的要求，但仍不適用于復(fù)雜的工程問題。(2)直接模擬(DNS)DNS利用數(shù)值方法求解三維非定常Navier-Stokes方程組時(shí)不采用任何模型對(duì)湍流運(yùn)動(dòng)做任何的近似處理和簡(jiǎn)化，理論上該方法計(jì)算結(jié)果最為準(zhǔn)確。在實(shí)際求解過程中

燕山大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 章 冷卻水套內(nèi)流動(dòng)分析流動(dòng)情況直接影響著發(fā)動(dòng)機(jī)零部件的熱的流動(dòng)過程進(jìn)行研究和分析，可以獲得性做一個(gè)初步的分析。在本章的研究中，然后采用 CFX 軟件對(duì)模型進(jìn)行數(shù)值力分布及損失、各孔流量及軌跡、換薄弱環(huán)節(jié)，，初步評(píng)估其冷卻性能，為冷件對(duì)水套進(jìn)行數(shù)值求解的基本過程如圖確定求解區(qū)域參數(shù)、劃分網(wǎng)格
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：U464.171

【參考文獻(xiàn)】

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