計入沸騰傳熱的汽油機(jī)缸蓋CFD分析及傳熱研究.pdf

1、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氣缸蓋冷卻系統(tǒng)流動及傳熱情況影響的研究，可以更加精確的預(yù)測、評價和優(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，并通過一個冷卻水道內(nèi)的沸騰傳熱實驗對該模型進(jìn)行驗證。通過實驗對BDL沸騰傳熱和兩相流沸騰模型計算精度

2、進(jìn)行對比，結(jié)果表明，本文提出的兩相流沸騰傳熱模型計算精度更高。
　　(2)以某高速船用汽油機(jī)為研究對象，首先進(jìn)行整機(jī)水上實驗，得到實驗數(shù)據(jù)。利用STAR-CCM+軟件對發(fā)動機(jī)的冷卻系統(tǒng)進(jìn)行CFD分析，然后與實驗數(shù)據(jù)對比，從而確定數(shù)值模擬計算能夠正確的反應(yīng)出發(fā)動機(jī)冷卻水的真實流動情況，為下一步的沸騰傳熱仿真計算提供流動邊界條件。其次是利用GT-Power軟件進(jìn)行熱力過程的仿真計算，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、
　　(3)采用BDL沸騰傳熱模型和兩相流沸騰傳熱模型對氣缸蓋進(jìn)行傳熱分析。利用HyperMesh軟件和STAR-CCM+軟件對氣缸蓋的三維數(shù)模進(jìn)行處理之后，對其進(jìn)行流固耦合計算，從而得到氣缸蓋的溫度場、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，通過對兩種不同模型的計算結(jié)果和實驗結(jié)果的對比，分析沸騰傳熱的因素對冷卻水套的流動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

4、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)的流動傳熱的實際狀況。
　　(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，各個參數(shù)均滿足發(fā)動機(jī)氣缸蓋材料