內(nèi)燃機缸蓋沸騰傳熱模擬及汽液兩相可視化試驗研究.pdf

1、隨著內(nèi)燃機向高增壓、高轉(zhuǎn)速、高強化系數(shù)的方向發(fā)展，燃燒室周圍零部件熱負荷問題日顯突出，對具有高效換熱、性能優(yōu)異的冷卻系統(tǒng)需求也越來越高。沸騰傳熱由于擁有小溫差、高傳熱效率的顯著強化傳熱的特征，在內(nèi)燃機冷卻系統(tǒng)中有很高的運用價值。從沸騰的機理角度來看，有效合理地控制內(nèi)燃機冷卻水腔內(nèi)沸騰傳熱程度不僅可以降低零部件溫度，減輕整機工作熱負荷，延長使用壽命，同時還可以改善排放，提高能源使用效率。本文以某新型增壓柴油機為研究對象，對其缸蓋水腔沸騰傳

2、熱狀況及影響因素進行了研究，全文工作內(nèi)容及所獲得的主要結(jié)果與結(jié)論概括如下:
　　(1)搭建了缸蓋溫度場及其水腔內(nèi)沸騰與流動可視化試驗臺架，在不同的冷卻系統(tǒng)流量條件下，同步開展了溫度采集和可視化研究。結(jié)果表明:試驗樣機在標定運行工況下，隨著冷卻流量降低，缸蓋底部測溫點溫度升高;水腔內(nèi)汽液兩相流動特性以及沸騰汽泡行為變化受流量的影響也較為明顯，從可視化圖像中可以發(fā)現(xiàn)，隨著流量的降低，在拍攝視角1內(nèi)，汽泡數(shù)目大量減少，汽泡直徑有所增大;

3、在視角2內(nèi)，噴油器銅套和水腔底板壁面明顯地產(chǎn)生了沸騰汽泡，并且汽泡瞬態(tài)運動變化隨著流量的降低更為劇烈，缸蓋水腔局部空間的換熱以明顯的流動沸騰傳熱的形式進行，此時，缸蓋高溫區(qū)域測點溫度即使在冷卻流量下降25％后也沒有大幅度的提高。以上試驗結(jié)果對于降低水腔容積，減輕整機重量，節(jié)約水泵功耗，實現(xiàn)內(nèi)燃機沸騰冷卻系統(tǒng)具有重大意義。
　　(2)建立了缸蓋-缸墊-缸套-機體幾何實體，通過自適應網(wǎng)格劃分方法獲得了整機流固耦合沸騰傳熱計算模型，以缸

4、蓋溫度試驗數(shù)據(jù)為依據(jù)，得到了該型缸蓋火力面熱邊界中局部換熱系數(shù)的空間分布規(guī)律。然后，在標定工況下，采用直接流固耦合的思想對模型進行冷卻流動與沸騰傳熱的計算。計算結(jié)果顯示:整體水腔內(nèi)流線分布并不均勻，缸蓋水腔局部關(guān)鍵位置流速較低;缸蓋最高溫度位于噴油器與兩氣門交匯區(qū)內(nèi)，排氣道表面溫度明顯高于進氣道;第四缸噴油器水腔底部壁面冷卻水溫度較高，結(jié)合可視化試驗視角2的圖像可證實該區(qū)域內(nèi)存在著沸騰傳熱的現(xiàn)象。
　　(3)進一步地研究了沸騰對傳

5、熱計算的影響，對比采用沸騰與不采用沸騰傳熱模型時缸蓋傳熱的結(jié)果差異。在考慮沸騰后，缸蓋最高溫度降低了7.4℃，水腔壁面溫度則降低了11.26℃，關(guān)鍵區(qū)域換熱系數(shù)和熱流密度都得到了提升。由此可見，在計算模擬研究中并不能忽視沸騰傳熱的效應。最后通過缸蓋測點試驗溫度與沸騰傳熱計算溫度的誤差分析驗證了計算模型的準確與可靠性。
　　(4)最后，通過模擬的方法，研究了冷卻水進口流速和溫度對缸蓋沸騰傳熱過程中傳熱特征參數(shù)的影響規(guī)律。結(jié)果表明:較