发动机冷却系统流固耦合稳态传热三维数值仿真

为解决发动机传热计算时冷却水与缸套、机体之间的流动与传热耦合边界问题，建立了发动机活塞组-缸套-冷却水-机体三维流固耦合系统，并利用有限元分析软件的流固耦合计算功能，把单个零件的传热外边界条件处理成内边界，使得传热仿真更合理更简单。以某增压柴油机为例，用有限元分析软件ANSYS对建立的三维流固耦合模型进行了稳态传热数值仿真，得到了耦合系统的温度场和流场云图。与标定工况下活塞和缸套的温度场测量数据进行了对比分析，结果表明：仿真结果与实测数据吻合较好，误差控制在8％以内。由此说明应用流固耦合仿真方法可以较好地模拟发动机稳态传热。     

汽油机活塞冷却喷射两相流及传热分析

为了深入研究活塞冷却喷射的油束运动发展规律及不同活塞冷却方式对传热的影响,对比研究了3种活塞冷却方案.首先,在稳定的流场环境里对油束进行了验证,保证了后续瞬态强气流条件下喷射计算的准确度.通过曲轴箱内的仿真计算,得到了活塞冷却喷射图像、内冷油道与活塞底面的平均传热系数分布、活塞的温度分布.针对模型A(内冷油道强制冷却+...     

基于CFD的活塞振荡冷却的流动与传热仿真研究

由于柴油机热负荷不断提高,必须要对活塞进行有效冷却。应用计算流体动力学(CFD)方法对活塞的振荡冷却瞬态传热进行了仿真分析,得到了不同转速下冷却油腔的机油填充率以及壁面换热系数等随曲轴转角的变化规律。研究结果表明,随着发动机转速的提高,冷却油腔内的机油填充率下降,但是壁面换热系数却有所提高;机油的振荡冲击对冷却油腔顶部和底部的强化换热明显高于侧壁。此结果可为活塞有限元分析提供热边界条件,在活塞概念设计阶段为活塞的优化设计提供依据。     

褐煤干燥过程对流传热特性的数值模拟

以干燥器内对流传热问题为研究对象,建立了褐煤干燥过程气-固对流传热模型。通过流-固界面传热耦合,利用CFD仿真技术进行模拟,对褐煤在不同粒径、风速及温度下的干燥过程进行了数值模拟,得到不同工况下的温度场分布及对流传热系数。根据模拟结果拟合得到气-固传热关联式,结果表明该关联式与褐煤干燥过程较吻合,可为工程实践提供理论指导。     

基于传热系数反求法的船用柴油机组合活塞热分析

建立了柴油机组合活塞的2D有限元模型,并利用传热系数反求法对该模型进行热分析。在仿真分析中,将活塞头部外表面传热系数定义为设计参数,实测温度与仿真温度的差值定义为目标函数。通过仿真计算得到了活塞头部外表面传热系数的分布,并利用反求法得到的传热系数对有限元模型进行热分析,仿真结果与实测温度吻合;传热系数反求法收敛迅速,可以有效用于活塞及其他内燃机零部件的温度分布和热负荷分析。     

两相流振荡换热过程数值模拟分析

为深入了解振荡条件下的两相流运动过程与流动换热特性,采用数值仿真研究方法,摒弃活塞复杂的结构因素,以简化模型为研究对象,从基础问题出发探索各因素对两相流振荡换热过程的影响。通过一系列的数值模拟,直观地展现了油腔内两相流运动过程是高度紊乱的不对称流动。研究结果表明:除活塞二阶运动产生偏离外,油腔上下运动引起的压力变化也将引起油柱倾斜,造成喷油与油腔入口偏离;活塞运动产生的强制振荡是影响腔内流动换热波动的决定性因素,油腔表面传热系数、填充率等的波动频率都与活塞运动频率完全吻合。此外,研究还发现喷油速率、活塞转速等参数对填充率和传热系数都会产生显著的影响,但这些影响因素可能并不是单一作用而是相互耦合的。喷油油柱在进入油腔时的速度与活塞的最大运动速度之间的匹配度可能是影响油腔填充率及传热系数的一个关键因素;当喷油的绝对速度与活塞最大速度接近或大于活塞最大速度时,将达到较为理想的填充率和传热系数。     

活塞喷油冷却的稳态数值模拟

本文利用CFD软件Fluent对活塞的喷油强制冷却进行了三维数值计算,模拟了活塞处于不同位置时,冷却机油在内冷油腔和活塞顶内壁空腔内的流动与分布,得到了不同位置时冷却机油在内冷油腔内的体积分数和质量流量。模拟结果为活塞冷却油腔的优化设计提供了依据。     

活塞喷油冷却的稳态数值模拟

本文利用CFD软件Fluent对活塞的喷油强制冷却进行了三维数值计算,模拟了活塞处于不同位置时,冷却机油在内冷油腔和活塞顶内壁空腔内的流动与分布,得到了不同位置时冷却机油在内冷油腔内的体积分数和质量流量。模拟结果为活塞冷却油腔的优化设计提供了依据。     

燃烧室部件传热时间非均匀性对柴油机整体性能影响的研究

将所有燃烧室部件(气缸盖-气缸套-活塞组-润滑油膜)作为一个耦合体,在对耦合体进行瞬态传热数值模拟的基础上,利用分区求解、边界耦合法建立缸内工作过程与燃烧室部件的耦合传热计算模型,从而实现缸内工作过程与燃烧室部件的耦合仿真模拟,以此考察燃烧室部件传热时间非均匀性对发动机性能的影响.结果表明:燃烧室部件表面的非均匀温度分布对常规金属柴油机的动力性、经济性和排放性能的影响十分微小,对传热性能有一定影响,但幅度也小于1%.因此在常规柴油机整体性能的准维模拟预测中,可以忽略燃烧室部件传热时间非均匀性的影响.     

耦合法在柴油机传热研究中的应用

利用流固耦合的分析方法,将柴油机气缸盖、气缸垫、气缸体、气缸套等柴油机主要零部件以及缸内气体、冷却介质作为一个耦合体,进行燃烧室部件的传热数值模拟实验。其中,冷却水侧的对流换热系数和温度由CFD软件Star-CD对整个水路进行模拟计算获得;底板火力面侧燃气的对流换热系数和温度由GT-POWER软件对缸内工作过程进行模拟获得;缸套燃气侧温度由活塞组——气缸套耦合传热模拟获得。最终的计算结果与实验数据较吻合,可以为柴油机热负荷分析和柴油机设计提供理论依据。     

层板发汗冷却推力室的传热特性

建立层板发汗冷却推力室三维流-固耦合传热数理模型,数值模拟层板单元的传热特性．分析层板的几何机构、材料物性以及冷却剂性质对传热的影响,得到分配板片冷却剂通道深度比、导热系数的设计取值范围和采用不同冷却剂下层板单元的热特点,为层板发汗冷却推力室提供重要的设计基础．     

用耦合分析法研究内燃机活塞环-气缸套传热润滑摩擦问题

在以往对活塞环-气缸套润滑摩擦性能的研究中,大都忽略了活塞组-气缸套间的导热,或者将导热过程简化,这与该摩擦副的实际润滑摩擦状况相去甚远.把柴油机缸内燃气、活塞、活塞环、润滑油膜、气缸套、冷却介质作为一个耦合体,考虑各部件间及相应物理场间的耦合关系,采用耦合分析法建立了活塞环-气缸套的三维非稳态热混合润滑摩擦模型.该模型以三维瞬态热传导模型、动压润滑模型和润滑油膜传热模型为基础,并考虑了润滑油的黏温变化、燃烧室燃气泄漏、表面粗糙度、油膜破裂位置以及气缸套圆周方向上的非轴对称性等影响因素.采用上述模型,对6110型柴油机活塞环-气缸套摩擦副进行了传热、润滑、摩擦耦合分析,得到了活塞组-气缸套的温度场,并用试验证实了耦合模型的正确性;与此同时,得出了润滑油膜的温度、黏度、最小油膜厚度和摩擦热随曲轴转角和活塞环周向高度的分布曲线.     

活塞环形油腔振荡冷却周向换热特性研究

为研究柴油机活塞环形油腔周向振荡冷却特性,在非惯性坐标系下应用流体体积函数(VOF)多相流模型,对活塞环形油腔振荡冷却进行了瞬态换热研究,得到了环形油腔周向壁面平均换热系数的变化规律,发现壁面平均换热系数的振荡幅度最大的并不是入口冲击的周向10°区域,而是周向20°区域.一个周期内油腔周向区域的壁面平均换热系数整体呈类"对数"减小的趋势,在周向10°~30°区域急剧减小,而后随着远离入口段,其值呈现先增大后减小的变化规律.最后通过两种方法计算活塞温度场并进行对比,发现使用18周向区域的壁面平均换热系数所计算的活塞温度场的顶部温度波动更大,更符合实际情况.     

基于有限元法的活塞-缸套-冷却水系统固流耦合传热研究

发动机活塞-缸套-冷却水组成的固流耦合传热系统涉及固体部件传热以及计算流体力学问题。确定此系统的内部边界条件成为发动机传热研究的难点。因此采用耦合分析方法将固体部件和流体部分作为一个整体进行研究。将活塞、缸套、冷却水系统内边界定义为wall边界，计算时自动在相耦合的两个体之间传递热交换条件，无需再进行单独定义，从而计算时可只定义系统外部边界条件。在进行有限元固流耦合传热计算方法研究基础上针对某6130发动机中活塞-缸套-冷却水系统进行数值仿真，所得结果相对试验结果有较高精度。     

活塞环摩擦热对燃烧室部件耦合系统的传热影响模拟研究

在内燃机传热全仿真模拟研究中考虑了环组摩擦热的影响,建立了一整套有关环组摩擦热处理子模型：1）活塞环－气缸厌的混合润滑模型;2）摩擦热计算模型;3）摩擦热在活塞组和气缸厌间的分配模型;4）摩擦热在活塞组和气缸套上的分布模型。利用这些模型,模拟了125风冷柴油机环组摩擦热对活塞组－气缸套耦合系统的传热影响。     

流固耦合仿真技术在发动机稳态传热计算中的应用

为解决发动机传热研究中冷却水与缸套、机体之间的流动与传热问题，将有限元软件中提供的流固耦合仿真技术应用到发动机稳态传热计算中。建立了发动机活塞组-缸套-冷却水-机体流固耦合传热模型，该模型既包括了固体与固体之间的接触传热，也包括了流体与固体之间的耦合传热。同时，零件之间的传热边界条件也变得既简单又合理。以某型号柴油机为例进行了有限元仿真计算，并与活塞和缸套的温度场测量数据进行了对比分析。结果表明：仿真结果与试验测量数据误差较小，应用流固耦合仿真方法可以较好的模拟发动机稳态传热状态。     

某船用柴油机喷油冷却活塞内流动特性仿真

基于Ansys Fluent软件的多相流模型和动网格技术,对某船用柴油机活塞冷却油腔内的流动过程开展三维数值仿真分析,探究不同柴油机转速和喷油速度下冷却油腔内的流场分布规律.研究结果表明:润滑油进入活塞冷却油腔后其形态发生显著变化,伴随活塞上下往复运动,活塞冷却油腔内将填充足够的润滑油;随着柴油机转速的提高,润滑油填充率和捕捉率不断下降;而随着喷油速度的提高,二者不断上升,进一步强化了活塞换热能力.     

内冷油腔结构对锻钢活塞换热的影响

为了探索内冷油腔结构改变对锻钢活塞冷却效果和结构可靠性影响的规律,利用ANSYS对锻钢活塞的温度场和应力场进行仿真计算.通过改变内冷油腔的轴向尺寸和径向尺寸,改变内冷油腔的轴径比和体积,进而研究内冷油腔变化对冷却效果产生的影响.研究结果表明:内冷油腔径向变化对活塞头部温度影响不大,对内冷油腔有一定的降温效果;内冷油腔轴...     

燃烧室部件耦合系统循环瞬态传热模型的研究

引言 内燃机传热全仿真模拟是由缸内燃气与燃烧室部件以及燃烧室部件之间的耦合传热这两大部分组成的。其中燃烧室部件整体耦合系统的传热研究相当困难,这是因为活塞组与气缸套间的相对运动,使得确定运动部分的边界条件成了系统耦合传热模拟的最大难点,而这边界条件恰恰是影响模拟精度的关键。为此,本文将主要研究活塞组与缸套相对运动边界上的传热过程,并建立循环瞬态耦合传热仿真数学模型。１活塞组一缸套耦合系统的传热模型假设 在由活塞组和缸套组成的耦合系统中,活塞组和缸套是互为边界的。本文采用迭代算法来解决这部分边界条件…     

瞬态多循环CFD航空发动机模型的耦合数值传热研究

往复式内燃机中的温度分布对其磨损和热效率有较大影响。由于不均匀的材料特性、不同的几何形状、不同的热负荷和流动条件使得使用涵盖热传递数学模型的简单分析变得不可行。基于CFD航空发动机数值稳态传热模型实现对外表面传热系数的计算,并开发了两个瞬态耦合模型——一个用于温度分布、一个用于发动机的瞬态缸内过程,其中包括燃烧和燃料运输子模型。该模型的研究旨在减少瞬态温度平衡计算时间的方法,并在不同区域中研究温度分布,为发动机壁开发提供了理论支撑。