内燃机冷却系统中应用纳米流体强化传热研究综述

内燃机工作时依赖冷却系统将多余热量及时带走以保证燃烧室核心部件及润滑油膜的正常工作温度。常规内燃机冷却介质导热系数偏低,而新一代强化传热工质纳米流体具有明显提升的传热性能,应用于内燃机冷却系统有利于强化内燃机传热及提高热管理性能。且由于纳米流体的传热性能受纳米粒子的种类、大小、浓度、形状等因素影响,可以通过改变这些因素控制内燃机冷却水腔的传热量。综述了国内外研究者针对纳米流体导热系数与对流换热性能开展的试验测试、理论分析和计算机模拟研究工作,以及纳米流体应用于内燃机冷却系统中强化传热的进展,最后指出当前研究工作的不足及未来工作方向。     

六缸柴油机冷却系统流动与传热的数值模拟研究

冷却水的流动与传热直接影响柴油机的冷却效率、高温零件的热负荷、整机的热量分配和能量利用。在冷却系统传热计算时，利用流固耦合的方法，较为准确地确定了缸体水套的传热边界条件。采用CFD商用软件STAR—CD对直列六缸柴油机的冷却系统的流动与传热进行三维数值模拟，给出了整机冷却水套内冷却液的流场、换热系数及压力场分布，为柴油机冷却水腔的优化设计提供了理论依据。     

纳米流体对内燃机冷却系统强化传热的数值模拟研究

将Cu-水纳米流体应用到内燃机冷却系统中,并利用大型通用CFD软件STAR-CD针对不同浓度纳米流体的内燃机冷却系统进行三维数值模拟计算.通过计算可以得到传热工质的流场、压力场及壁面换热系数的空间分布.结果表明,以Cu-水纳米流体作为传热工质可以显著提高内燃机的散热性能,且散热量随着纳米粒子浓度的增大而增大.同时,纳米粒子的加入也引起了内燃机冷却系统泵功的增加,但是与散热量的显著提高相比是可以接受的.     

基于沸腾模型的内燃机缸盖多场耦合传热

通过车用天然气发动机,建立了包括冷却水腔内流动沸腾传热、气缸盖内固体导热及缸内进排气燃烧在内的多场耦合仿真系统.采用直接耦合算法进行气缸盖固体区域与冷却水腔流体区域流固耦合仿真,采用顺序映射的方式进行缸内燃气区域与流固区域多场耦合仿真.通过CFD软件中UDF功能嵌入合适的单相沸腾传热模型对缸盖水腔内传热进行分析计算,并在此基础上结合试验测量结果,对比分析发动机在不同冷却水温度与不同冷却系统压力下缸盖温度场变化趋势.研究表明:多场耦合仿真系统可以解决缸盖传热边界不易给定的难题,能够更真实准确地描述出缸盖复杂传热过程,且考虑沸腾传热因素后有助于提高在不同冷却条件下缸盖热关键区域温度场的计算精度.     

沸腾对柴油机冷却系统数值模拟的影响

计算对比了不考虑沸腾和考虑沸腾2种冷却系统数值模拟计算,得出结论:考虑沸腾传热对内燃机冷却水腔内流动与压力的分布影响不明显,而对冷却水腔内传热过程的影响是很大的。若只考虑纯对流传热,计算结果可能与实际情况存在很大的差异。因此,在对强化内燃机进行流动与传热问题的研究时必须考虑沸腾传热的因素,以获得更为真实、准确的结果。     

Cu-乙二醇纳米流体对发动机冷却水套传热的模拟研究

在乙二醇冷却液中添加Cu纳米粒子作为内燃机冷却介质,并利用大型CFD软件AVL Fire针对两种不同的冷却介质对内燃机冷却系统的传热进行了三维模拟计算.通过计算可以得到传热工质的流场、压力场及壁面换热系数的空间分布.结果表明,以Cu-乙二醇纳米流体作为传热工质可以提高内燃机的散热性能,而且水套进出口压降有所降低.     

纳米流体强化内燃机冷却系统流动的基础研究

利用高导热率、传热性能好的传热工质(纳米流体)替代传统冷却介质应用于内燃机冷却系统中,通过纳米流体流动特性的基础研究,为其在内燃机冷却系统中的应用提供理论基础支持.因此,利用试验方法对纳米流体在波壁管内的流动进行可视化研究,以期对纳米流体的流动机理进行详细的探讨,从而推动纳米流体在内燃机冷却系统中的应用.研究发现:纳米流体的黏度增加值不大,且随着温度的升高,增加值降低;而相同入口速度状态下,纳米流体在波壁管内的流动比纯水更为活跃,漩涡数量增多,质量传递特性增强,且随纳米颗粒浓度的增加,流动湍流效应增大.通过分子动力学方法发现纳米颗粒在纳米流体流动过程中存在强烈的旋转作用,从而出现微湍流流动效应,进一步强化了纳米流体的湍流流动效果.     

纳米流体柴油机机油冷却器传热试验设计

为了研究新型冷却介质--纳米流体在内燃机冷却系统中的换热效果,自行设计了适用于多种冷却介质的传热性能试验台,并根据纳米流体的性能改进了加热方法,以纳米流体、水和防冻液为冷却介质在柴油机机油冷却器中进行了传热性能试验.结果表明,当冷却介质进口温度为85℃时,纳米流体的换热能力比水和防冻液分别提高了4.6%和19.0%;当...     

车用内燃机冷却系统动态传热模型

提出了一个基于集总参数法的车用内燃机冷却系统动态传热模型。考虑了内燃机燃烧室、散热器和水泵的传热和冷却系统的工作,建立了机体、散热器、水泵与冷却介质之间的热耦合计算公式。对一台单缸柴油机冷却系的稳态及动态温度进行了计算,结果证实该模型可用于内燃机冷却系统的动态传热特性研究。     

内燃机热平衡仿真研究现状与展望

分析了内燃机工作过程、内燃机零部件（包括缸内部件、冷却系以及润滑系）、整机的热平衡仿真研究现状;提出整机热平衡耦合仿真、冷却系统的智能化控制、润滑系统各部分的耦合仿真是今后内燃机热平衡研究的重点方向。