防爆柴油机活塞内冷油腔的油液动态特性研究

内冷油腔的油液流动是缓解防爆柴油机活塞热疲劳问题的有效方法。针对油液的两相流状态,建立压力波微分方程,采用有限元数值模拟方法得出油液模态、含气率、有效体积模量以及压力之间的关系。基于内冷油腔试验台验证含气率仿真结果并对油液喷射过程进行测定,得出油液的捕捉率和压力波动特性。研究结果表明:油液固有频率随含气率的增大呈现出先减小后增大的变化趋势;当含气率低于10%时,等效体积模量随着含气率的增大急剧降低;喷油口和进油口的间距小于105 mm时,捕捉率急剧下降;压力波出现最大幅值所对应的油液固有频率为176 Hz。     

液压缸活塞内部冷却油液的动态特性研究

为避免液压缸活塞温度过高,引发密封圈失效,建立活塞冷却腔内的两相流模型,基于Fluent对油液的流场及传热特性进行数值模拟.选用VOF多相流计算模型和SST k-ω湍流模型,结合液压缸活塞行程特性,通过UDF方法定义入口参数,得出不同活塞位置下的油液液相比例分布、油液速度场和对流换热系数变化规律.研究结果表明:冷却油液...     

防爆柴油机活塞的热载荷响应特性研究

为提升矿用防爆柴油机的换热能力,提出水冷代替油冷方案,对燃烧室内活塞的热载荷响应特性进行了研究与分析。基于CFD方法,建立活塞冷却腔内的气液两相流模型,选用SST k-ω湍流模型,结合VOF 模型和 Level Set模型得出不同曲轴转角下的液相比例和对流换热系数变化规律,分析了冷却腔结构对传热效果的影响。构建活塞热机耦合模型,计算了极限条件下活塞的热应力和热变形。研究结果表明:冷却腔内的液相比例并非决定换热效率的唯一要素,液相的振荡作用可显著增大对流换热系数;活塞头部的薄壁变形主要受热载荷影响,受腔内压力和惯性力的影响较小。     

航空发动机主轴承环下供油系统两相分相流动分析

以航空发动机主轴承环下供油润滑系统为研究对象,考虑气液两相对润滑介质流态及润滑性能的影响,基于有限体积法建立了润滑介质在分相流动状态下的计算模型.采用SIMPLEC方法,得出了分相流动情况下两相的分布情况以及含气率、喷嘴喷射流量和系统转速等工况参数对轴承环下出口润滑油平均速度以及平均压力的影响,并与单相流动模型的计算结果进行了比较.结果表明,在分相流动状态下,随着含气率的增大,轴承环下出口润滑油流动速度和压力都减小,使得轴承润滑冷却性能下降;在分相流动和单相流动状态下,随着喷射流量和转速的增大,环下出口润滑油流动速度和压力都增大,使得轴承润滑冷却性能提高;而当喷射流量超过一定值时,环下供油系统的润滑效率降低.在分相流动状态下得到的润滑油流动速度和压力都小于单相流动状态下的数值.     

活塞喷油冷却流场数值模拟

近年来,随着柴油机排放及功率要求的提高,柴油机热负荷显著的增加,其中活塞热负荷问题成为柴油机进一步强化的主要限制因素之一。对于高热负荷活塞,通常采用冷却通道的办法来降低活塞温度。使用CFD工具获取表面换热系数已越来越多的用于温度场的计算,本文通过流动计算获取冷却通道壁面及活塞底面的换热系数,并分析喷油冷却流场计算结果,提出改进措施。     

非道路柴油机冷却水套流动传热分析与优化

冷却水套作为柴油机的核心结构,其流动与传热特性直接影响着柴油机的可靠性和使用寿命。以某两缸高压共轨柴油机为研究对象,为了解该发动机冷却水套流动与传热性能,以水套速度场、温度场、换热系数等空间分布参数为判据,重点对冷却水套关键区域的流动和传热特性进行分析,同时提出优化方案。仿真结果表明：发动机整体冷却液流动性差,平均流速低于0.5m/s,缸体进气侧冷却水套上部出现了流动死区;通过对冷却系统性能参数和冷却水套结构进行优化,冷却水套进出口压力损失减小,整体冷却液平均流速较原方案提高了173.91%,整体平均换热系数较原方案提高了41.93%,整体冷却水套流动均匀性得到改善。     

发动机短舱冷却的计算研究

采用一维的方法对发动机短舱冷却进行了研究,介绍了两种不同的冷却形式,并且给出了这两种冷却形式中短舱冷却空气流量和换热的计算公式,对某型发动机短舱在四种不同状态下的流动及换热进行了计算,并对计算结果进行了分析。     

柴油机缸盖流固耦合传热分析与实验验证

为了研究某柴油机工作时气缸燃烧和冷却系统共同作用下缸盖的温度分布,采用流固耦合的方法对其进行温度场分析。运用三维数值仿真计算技术对柴油机缸内的燃烧、冷却过程进行计算,以此得到柴油机缸内燃烧室温度场的分布状态、热换系数等参数,以及冷却系统中缸盖水套的温度分布状态、热换系数;再进行研究,得出冷却水套壁面、缸盖火力面的热边界条件。将上述过程得到的热边界条件应用于气缸盖有限元模型中进行传热耦合计算,最终得到柴油机气缸盖的温度场分布;为了验证此计算结果的有效性,对温度场分布结果进行实验验证,最终确定结果。实验最终表明,柴油机缸盖最高温度远远低于其材料的最高工作温度,分布较为合理。     

H13钢淬火过程中综合换热系数的确定

表面综合换热系数作为关键边界条件直接影响淬火过程中的温度场分布,从而影响淬火后工件的组织场、硬度场以及应力场分布。采用反向热传导方法对淬火过程中H13和冷却介质之间的表面换热系数进行计算,通过实验测得工件淬火过程中的冷却曲线,并将其用于H13刀圈热处理仿真,导入DEFORM反传热模型中,对比换热系数预测的冷却曲线和实测冷却曲线,得出温度值基本吻合,确定综合换热系数,为后续热处理仿真的边界条件确定提供了可靠的依据。     

涡轮叶片尾缘微小尺度冷却通道的流动与换热特性研究

为了研究小型航空发动机涡轮叶片尾缘的新型冷却方案,应用数值模拟的方法,对不同尺度及克努森数下的冷却结构的流动及换热特性进行了研究。计算并比较了不同条件下冷却结构的总压系数、换热系数及综合冷效。     

活塞内冷油腔的振荡传热特性及位置的研究

以一款非道路用高压共轨柴油机铝合金活塞为研究对象,在试验测试的基础上建立了活塞-内冷油腔耦合传热数值仿真模型,研究了发动机循环过程中内冷油腔的振荡传热特性,分析了内冷油腔位置对活塞温度场和热应力场的影响规律。研究结果表明：在发动机循环过程中,内冷油腔壁面换热系数随油腔中机油分布规律周期性变化;内冷油腔靠近活塞顶面和环槽底面时,能显著降低活塞最高温度及一环槽温度,内冷油腔设计时应在结构强度允许范围内,尽量靠近活塞顶面和环槽底面;内冷油腔过于靠近活塞壁面时,活塞第三环槽及内腔顶面区域出现较大的局部热应力。     

射流条件下采用纳米流冷却液对柴油机缸盖冷却的研究

为提高柴油机缸盖的散热性能,提出一种将纳米流冷却液作为冷却工质,利用射流技术提高缸盖进排气门鼻梁处传热系数的方法。试验研究发现,相同射流参数下,不同体积分数的纳米流冷却液较传统冷却液都可有效提升传热系数,但体积分数增加的作用有限。同体积分数的纳米流冷却液会因为不同射流参数而表现出不同的传热性能,同时也会因为其本身黏性的增加而耗费更大的驱动功率。采用纳米流冷却液可以有效提高缸盖鼻梁处的传热系数。     

径向游隙对角接触球轴承两相流热特性的影响

径向游隙直接影响角接触球轴承内部两相流的分布以及热特性。为探究不同径向游隙下角接触球轴承油气润滑两相流热特性变化规律,基于两相流理论以及轴承换热机制,建立数值分析模型模拟轴承腔内油气两相流流动特性,分析径向游隙和轴承运行工况对轴承腔内流场分布以及温升的影响,并通过轴承温升试验验证了仿真结果。结果表明：油气两相流中油相受离心力影响主要分布在轴承外圈,径向游隙增大使得油相体积分数减少;轴承温升随着径向游隙增大而减少,一定程度上增大径向游隙可以减少轴承生热量。研究结果为探究角接触球轴承油气润滑热特性以及改善轴承腔结构参数提供了参考。     

微尺度受限冲击冷却通道换热特性研究

为了更进一步研究真实发动机尺寸下冲击通道的流动与换热情况,针对冲击孔与气膜孔组合形式的受限冲击通道,在保证与真实发动机工况相等的克努森数,通过实验研究与数值模拟研究,进一步解释了不同结构微小冲击通道的整体换热情况,结果表明,在相同的雷诺数下,冲击射流孔径越小,冲击靶面驻点区域内换热越强,冲击平均对流换热系数越大。孔间距越小,冲击靶面平均对流换热系数越大,并且随着射流冲击距的增大,换热减弱。     

3D heat transfer,lubrication and friction coupled study for piston ring-liner on diesel engines

The piston ring and liner of internal combustion engines are generally used under increasingly harsh conditions. To investigate the mechanisms affecting the work ineffective, the coupled heat transfer, lubrication and friction model between the piston ring and liner is proposed by coupling the gas, piston set-liner, lubrication film and coolant. In this model, the temperature variation of lubricant, the gas blowby, the surface roughness, the rupture position and the non-axial symmetry of oil film are considered. The coupled heat transfer, lubrication and friction simulation is carried out for 6110 diesel engine, and the temperature fields of piston set-liner along with the corresponding lubrication and friction curves are obtained. The simulated results are verified by comparing with the temperature experiment of piston.

     

气动发动机排气冷量在内燃机冷却系统中的回收利用研究

针对气动发动机排气的低温特性,提出了利用气动发动机排气冷却内燃机散热器的技术方案。通过初步试验,获得了气动发动机在不同转速下的排气流量和温度特性。基于初步试验结果,建立了气动发动机排气与内燃机冷却水的热交换模型,并进行了仿真计算,得到了不同水泵流量下,热水流经换热器的进出口温差以及换热量。研究结果表明,换热器进出口热水温差、换热量随着气动发动机转速的升高而增大;随水泵流量的增加,热水流经换热器进出口的温差逐渐减小,换热量增大,但各个水泵流量下的换热量相差较小,当发动机转速为700r／min时,温差增加值及换热量的增加值均为最小;随着气动发动机转速增加,气动发动机排气的冷量炯变化范围很小,回收指数逐渐上升,冷量回收效果变好。     

柴油机油底壳动态密封性能改进

油底壳的作用是封闭曲轴箱作为贮油槽的外壳,防止杂质进入,并收集和储存由柴油机各摩擦表面流回的润滑油,散去部分热量,防止润滑油氧化,所以提高其密封性能是极为重要的.利用非线性有限元分析软件Abaqus对等效冲击载荷作用下油底壳的密封性能进行分析,通过施以螺栓预紧力和传动轴的惯性冲击作用,得到其应力分布和密封面闭合量分布关系.根据初始设计件中存在的闭合量较大的问题,对结构进行局部壁面加厚和壁面加筋改进,并通过数值模拟对改进方案的效果进行验证,得到密封性能能够满足要求的改进方案.     

矩形带肋通道中蒸汽与空气换热特性比较试验研究

模拟实际燃气轮机叶片内冷通道几何及传热结构,研究了蒸汽和空气在两面带有肋片的矩形通道中当雷诺数为10000⁸0000时的换热和摩擦特性。试验通道宽高比(肋片在宽面上)为0.5,肋间距p/e为10,通道阻塞比为0.047,试验通道长度L为1000mm。试验结果显示,蒸汽和空气在带肋通道中的平均换热系数,平均摩擦系数和换热性能随雷诺数的变化趋势几乎相同;在相同试验条件下,蒸汽在带肋通道中的平均换热系数比空气高30.2%,平均摩擦系数比空气高18.4%;蒸汽在带肋通道带肋面和光滑面上的换热性能比空气分别高8.4%和7.3%。     

Experimental and numerical study of piston thermal management using piston cooling jet

This research investigates the effects of piston cooling jet (PCJ) on the temperature and heat transfer of a piston. A numerical model was developed by using the computational fluid dynamic approach in which the fluid and solid domains of the piston were coupled in a three-dimensional space. Two-phase flow of oil and air was also simulated. This method was used to analyze the effects of oil velocity and piston position on the heat transfer coefficient at the bottom of the piston as the new outcomes of this study. For the experiment, combustion heat flux on the piston was simulated in a test rig, and numerical results were validated. The results showed a linear relation between the oil jet velocity and the average of heat transfer coefficient at the bottom of the piston, and a periodic correlation between the piston’s vertical position and the average of heat transfer coefficient. The average of the piston crown temperature could be reduced to about 70 K by using the PCJ system, but this cooling method could create 50 K temperature gradient in the piston.