柴油機活塞振蕩冷卻過程射流流動與傳熱機理研究.pdf

1、大功率船用柴油機活塞的高效冷卻問題是先進柴油機活塞設(shè)計的關(guān)鍵問題之一。活塞振蕩冷卻效率高，并且被廣泛采用。振蕩冷卻效果受到很多因素影響，針對這一問題國內(nèi)外開展了大量的研究。目前研究主要針對傳熱系數(shù)計算方法和活塞結(jié)構(gòu)變化對溫度分布的影響，而對活塞工作過程中冷卻機油受到的活塞往復(fù)激勵、浮力效應(yīng)和慣性力相互耦合作用的研究工作匱乏。隨著數(shù)值計算方法和計算機技術(shù)的發(fā)展，計算流體力學(CFD)逐漸成為研究活塞振蕩冷卻過程流動和傳熱特性的主要工具之一

2、，采用CFD技術(shù)，可以更加清晰地觀察到活塞內(nèi)冷油腔中冷卻機油的流動及分布規(guī)律，并得到活塞運動過程中每個時刻內(nèi)冷油腔中冷卻機油體積分數(shù)分布及油腔壁面不同位置處換熱系數(shù)的變化規(guī)律，這可以為活塞有限元分析提供更加精確的熱邊界條件，進而為活塞的優(yōu)化設(shè)計提供一定的參考依據(jù)。
　　本文采用數(shù)值計算方法，針對活塞振蕩冷卻過程中的沖擊射流問題，分析影響沖擊射流傳熱特性的各種因素，采用13種不同湍流模型，對沖擊射流模擬結(jié)果進行了分析，深入研究湍流模

3、型對往復(fù)激勵下冷卻液傳熱影響。
　　首先探討了不同的湍流模型對沖擊射流(包括狹縫射流，圓孔射流)的流動和傳熱特性預(yù)測的準確性，其中包括甚少應(yīng)用于沖擊射流領(lǐng)域的Spalart-Allmaras模型，并分析了影響湍流模型準確性的因素，如進口條件，湍流度等，最終得出低雷諾數(shù)修正的SST k-ε模型綜合表現(xiàn)最好；之后，分別對影響?yīng)M縫射流和圓孔射流流動和傳熱特性的主要因素進行了數(shù)值計算，包括雷諾數(shù)，沖擊高度，射流傾斜角度，Pr數(shù)，進口脈動，