考虑沸腾换热的内燃机流固耦合传热分析

某发动机在开发过程中缸套顶部出现机油结焦现象.为分析原因,建立了该发动机缸盖缸体整机耦合传热模型,通过CFD三维仿真获得冷却水侧及缸内燃气侧的温度和对流换热系数分布,并映射至对应结构分析边界单元,建立了整机结构传热分析的边界条件;同时基于BDL单相流沸腾换热模型编写相关子程序考虑了沸腾换热的影响,求解分析了该发动机试验状态下的温度场,并进行了优化.计算表明,结焦现象发生区域温度明显高于机油碳化温度,同时沸腾换热对局部关键高热区影响可达15℃以上.为验证分析结果,分别测量了原方案和优化方案缸套顶部缸间温度,结果表明,考虑沸腾换热后缸间温度计算值与实测数据非常接近,采用优化方案后缸套顶部机油结焦问题得到排除.     

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.     

考虑沸腾换热的柴油机缸盖冷却水腔结构优化

采用CFD软件Fluent对某六缸柴油机冷却系统的流动和传热进行了数值模拟,对冷却水腔的流动性能进行了分析评估,结果表明,缸盖水腔局部区域流动分布较差,对此作出了相应的结构改进,改进后的缸盖水腔内流动和传热得到了改善。对改进后的模型建立了流体与固体之间的流固耦合传热模型,考虑了沸腾传热对缸盖温度场的影响,结果表明,水腔的沸腾传热有效降低了缸盖火力面鼻梁区和排气道侧的高温。     

缸盖冷却水的沸腾传热模型

针对缸盖水腔内的冷却水流动沸腾传热计算,本文介绍了两种沸腾传热模型。模型认为流动沸腾总传热量等于泡核沸腾和单相流对流传热之和,介绍了常用的Chen模型,然后介绍了一种基于加权叠加方法基础上的。计算过冷流动沸腾传热的新模型Franz模型。     

基于Chen模型的缸盖冷却水腔内沸腾传热研究

基于Chen模型研究了柴油机模拟冷却水腔内的沸腾传热,并与试验数据进行对比,验证了模型的适用性,并将此模型应用于柴油机缸盖及冷却水套内的耦合传热计算。计算结果表明:沸腾传热可有效提高冷却水的换热能力,降低冷却水套壁面局部高温区域的温度,降低缸盖本体的温度梯度,从而降低缸盖热负荷及热应力;考虑沸腾时,缸盖局部温度点仿真计算结果与试验结果误差更小。     

某柴油机缸盖热负荷的流固耦合计算分析研究

分别建立了柴油机缸盖和冷却水道模型,在Workbench的环境下,运用CFD与FEA耦合计算的方法,对额定工况下的缸盖温度场进行计算分析。计算结果表明:缸盖的最高温度为602K;耦合计算的方法更符合柴油机的实际传热情况;在柴油机额定工况下,冷却水的冷却情况以及缸盖的最高温度符合要求。经硬度塞测试数据对比可知:仿真结果真实可信,可以为柴油机热负荷分析和柴油机改进设计提供理论指导和依据。     

发动机缸盖耦合热应力分析

为了解双火花塞缸盖的热强度是否满足要求,对单火花塞和双火花塞缸盖进行了热应力分析。建立了缸盖热负荷分析模型,采用k-ε湍流模型分析了水套与缸盖的时流换热情况;通过热力学模拟并结合试验确定了燃烧室壁面和气道的传热边界条件;将CFD计算出的对流边界条件影射至缸盖表面,建立缸盖热应力分析的边界条件。求解了两个方案缸盖的温度场和热应力,结果显示双火花塞缸盖的热强度满足设计要求。     

柴油机缸盖热固耦合强度故障诊断与优化设计分析

本文利用一维热力学、三维流体力学、三维有限元法和虚拟疲劳强度预测方法,系统的对某机型柴油机的缸盖进行模拟计算,针对缸盖中的裂纹失效进行故障诊断、找到故障原因,并提出优化方案,最终通过试验验证方案的有效性.采用热固耦合计算方法完成了缸盖结构的失效模式分析,同时,文中对柴油机缸盖故障诊断和改进设计过程中值得关注的细节也做了详细分析,试验结果证明该分析方法对缸盖结构优化和改进工作有重要的工程指导作用.     

基于流固耦合的柴油机缸盖缸套温度场模拟分析

以某型中速大功率柴油机缸盖缸套为研究对象,建立了流固耦合传热模型,利用STAR CCM+和ABAQUS软件完成缸盖、缸套的流固耦合仿真分析,研究了冷却水腔的流场、缸盖、缸套的温度场分布规律,为后续缸盖、缸套的优化设计提供了参考依据。     

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。     

纳米流冷却液雾化射流缸盖鼻梁区的表面换热分析

提出了采用纳米流冷却液雾化冲击冷却提升缸盖鼻梁区高热密度区换热能力的方案,利用计算机仿真计算、高速摄影及内燃机台架系统研究了纳米流雾化冲击对缸盖高热密度区换热效果及不同冷却方案对柴油机工作性能的影响。研究结果显示,采用雾化冲击方式能实现缸盖高热密度区的良好冷却且温度一致性较好,温度值相差幅度不高于6℃。原因在于纳米流冷却液沸腾换热以核态沸腾为主,且雾化冲击冷却方式可以提升柴油机缸盖的进气质量流量,相比传统冷却方式最大可以提升9.7%的质量流量。在中高转速下NOx排放量和烟度值的最大降幅分别为2.7%和4.0%,在中低转速下HC及CO排放量的最大降幅分别为10.2%和5.3%。     

缸内对流换热与气体流动的计算分析

摘要本文将内燃机燃烧室简化成轴对称的二维空间,将计算缸内流动的二维模型与边界层模型相结合,分析了缸内气体的迁移特性与对流换热.文中介绍了在内燃机工作过程中缸内气体边界层的分布与变化、边界层对对流换热的影响,给出了对流挟热系数沿燃烧室表面的分布与变化.与实测结果的比较表明,本文的模型具有较高的精度.     

柴油机缸盖抬升故障原因分析

针对某型ME-C柴油机缸盖抬升故障,对拆检异物进行了材料理化检测,对故障现象及机理进行了分析。分析结果表明:造成柴油机缸盖抬升故障的直接原因是系统清洁问题导致的先导阀卡滞,造成燃油异常喷射,排气阀动作异常,致使缸内压力过高,缸盖抬升。而先导阀卡滞时,ECS系统FIVA安全控制策略(强制排气阀开启)失效。     

一种适用于缸盖水腔沸腾传热计算的模型

基于VC 6.0开发了一种单相流沸腾传热模型,通过引入空泡份额的概念将沸腾发生时的流场看作一个气液均匀混合的单相流,从数学上对该模型进行了描述并介绍了模型的数值实现方法.通过与试验结果的对比,表明模型适用于缸盖冷却水腔内沸腾传热计算.试验和计算结果还表明,压力对沸腾传热的影响较为明显.最后以226B型发动机水腔为工程应用对象,计算出了水腔内的空泡份额分布和水腔内的流速分布情况.     

适用于缸盖冷却系统的沸腾模型研究

介绍了2种适用于发动机冷却水传热计算的单相流沸腾模型Chen模型和BDL模型,通过对鼻梁区简化模型的数值模拟计算和实验结果对比分析,得到“BDL沸腾传热模型+SST湍流模型”的数学模型,计算误差更小.     

某型船用柴油机气缸盖穴蚀原因分析及改进

针对某型柴油机气缸盖穴蚀现象,分析引起气缸盖穴蚀的原因。分析表明,气缸盖冷却介质、冷却结构及使用工况等不合理均会引发穴蚀。据此提出相应的改进措施,试验验证改进措施的有效性,实船应用也取得良好的效果。     

船用柴油机缸盖疲劳破坏有限元分析及改进

针对某船用大功率柴油机缸盖在液压平台试验中的疲劳破坏问题,建立了被试组件离散模型,并进行了结构疲劳强度有限元分析。分析表明:缸盖内部区域结构强度相对薄弱,进排气道圆角处出现应力集中,在承受交变载荷时应力幅过大,容易出现裂纹。结合仿真分析结果,提出了缸盖结构优化方案,并进行了疲劳试验。试验结果表明:改进方案有效提高了该型缸盖的疲劳强度。     

空心圆柱蓄热体三维非稳态传热与流动的模拟研究

通过对整砌空心圆柱蓄热室的建模研究,对YC与FZ的温度场与流场进行了对比分析,所建模型具有一定的可信度,其反应温度场及流场诸多现象的可视化结果对实际工程应用有一定借鉴作用。