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.     

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。     

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.     

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。     

Heat transfer correlation of film boiling from a downward-facing horizontal circular plate

Correlation equations for saturated and subcooled film boiling heat transfer from a downward-facing horizontal circular plate are proposed based on a theoretical study using an integral method. For the case of subcooled liquids, a dimensionless heat transfer parameter is introduced to effectively correlate within ±15% the experimental data obtained under both quenching and steady-state conditions. © 1998 Scripta Technica, Heat Trans Jpn Res, 26(7): 459–468, 1997     

船用柴油机多缸流动不均匀性的数值模拟与优化

采用数值模拟方法建立整机冷却水腔三维模型,研究大型船用柴油机的多缸流动不均匀性问题。分析了进出口位置和不同进口流量对流量不均匀度的影响。结果显示:冷却水腔进出口位置对各缸不均匀性有较大影响;进口位置布置于V型机端面中部,且出口位置靠近机体轴向中部,均有利于使各缸压力损失均匀并提高进水均匀性。对原冷却水腔结构优化后,流量不均匀度从7.10%下降至3.91%;各缸流量不均匀度基本不随进口流量的增加而变化;且A、B两列气缸流量基本一致。     

柴油机机体和冷却水套温度场测量分析

针对YZ4105QF柴油机的机体及冷却水套布置多个测温点,采用热电偶法测量不同工况下机体温度以及冷却水套中进排气侧的冷却水温度。结果表明,各测点温度值变化规律与柴油机工况密切相关;沿着轴心线向下机体气缸内壁面温度逐渐降低;同一轴向高度上,排气侧温度高于进水侧的温度;机体冷却水套测点温度分布规律与机体相同。     

卧式柴油机冷却水流动特性的影响因素研究

针对卧式柴油机强制冷却闭式循环系统水套结构,试验研究了不同工况下水套入口流量及关键点的温度和压力。采用计算流体动力学(CFD)三维模拟的方法建立了冷却水流动仿真模型,并进行了试验验证。设计了冷却水套结构参数正交方案,通过CFD模拟分析了水泵出水流量、公共水腔截面形状和面积、缸体及缸盖入水孔的设置和分布等水套结构参数对冷却水流动的影响关系。研究结果表明:卧式柴油机缸体入水孔截面积和布置对缸体水套冷却水流动、冷却效果和冷却均匀性有很大的影响;卧式柴油机缸盖入水孔的位置、孔数和截面积等结构参数对缸盖水套的冷却水流动、冷却效果、冷却均匀性及进/排气侧的冷却分布等均有很大的影响。     

基于三维CFD技术的发动机冷却水套流动分析

利用计算流体力学软件对发动机冷却水套流动进行了三维数值模拟研究.研究结果表明:平均流速大于0.5m/s时,气缸体水套内表面的上部平均流速和换热系数均比下部高;缸盖火力面冷却效果较好,换热系数高于10kW/(m~2·K),流速大于1.0m/s,但冷却效果欠均匀;总压力降为38.2kPa;上水孔的布置和尺寸使缸盖下层的各火力面有较好的冷却效果.     

Fuel Economy Opportunities for Internal COmbustion Engines by Means of Oil—Cooling

INTRODUCTIoNHeattransferbetweentheworkingmediuminare-ciprocatingengineanditscombustionchamberwallplaysaveryimportantroleintheenginethermalpro-cess.Alargeamountofheatsuppliedbythefuelislosttothecoolantthroughthecombustorwall.Thepercentagerangesfrom1o-25atfullloadto3ty35atlightloadcondition[11.Sincetheconceptofadi-abaticturbocompoundengineswaspresentedin1atel97o's[zl,worldwideattentionhasbeenattractedtotheopportunitiestoimprovethefuelconsumptionbyreducingtheheattransferratesthroughthecom-bus…     

发动机水套中沸腾传热的试验与仿真研究

为了更加准确地研究发动机水套内冷却液流动传热问题,在Mixture多相流基础上建立了一套适用于发动机水套沸腾传热的气液两相流模型。以某直列4缸汽油机为研究对象,通过试验对汽油机第4缸火力面温度进行测量,两相流与传统单相流模拟结果对比表明两相流准确性更高。在两相流模拟结果基础上找出了汽油机水套壁面高温危险区,并基于发动机水套的设计要求提出了优化方案。模拟结果表明:优化后水套内冷却液的流动与冷却更加均匀,水套壁面温度明显降低,传热效果得到了提升。本研究可为以后的发动机沸腾传热研究和冷却水套设计提供参考。     

Forced convective boiling of subcooled water at high velocity

This paper deals with heat transfer and critical heat flux (CHF) in subcooled flow boiling offering a fundamental study aimed at high heat flux cooling. Experiments with water at 0.12 MPa were conducted in a mass velocity range from 500 kg/m²s to 15,000 kg/m²s (velocity from 0.5 m/s to 15 m/s) and subcooling from 20 K to 60 K. A sheet of stainless steel (80 mm in heated length, 10 mm wide, and 0.2 mm thick) was mounted flush with a sidewall of a vertical rectangular channel (cross-section 20 mm by 30 mm) and heated directly using direct current. It was found that mass velocity and subcooling strongly affect CHF and heat transfer in non-boiling convection and partial nucleate boiling regimes. These two parameters have no appreciable influence in the fully developed nucleate boiling regime. In the parameter range used, CHF reached 15 MW/m². Boiling bubble behavior just prior to reaching CHF was found to vary depending on mass velocity and subcooling. 1998 Scripta Technica, Heat Trans Jpn Res, 27(5): 376–389, 1998     

Heat transfer in a high temperature region of spray cooling interacting with liquid film flow

We present experimental results on heat transfer distribution in the high temperature region of spray cooling interacting with subcooled liquid film flow. The results show that the flow field can be divided into the interacting and film flow regions by the heat transfer distribution. In the interacting region, the heat transfer coefficient can be correlated to the liquid-film-flow heat transfer by using a heat-transfer enhancement coefficient defined as the ratio of the droplet flow rate to liquid film velocity. In the wall region, it can be predicted from the equation obtained from a previous study, which is very similar to that of turbulent heat transfer of single-phase flow. © 1998 Scripta Technica. Heat Trans Jpn Res, 26(4): 236–248, 1997     

Critical heat flux in subcooled flow boiling with water in a tube with axially nonuniform heating

Critical heat flux (CHF) in subcooled flow boiling under axially nonuniform heating conditions was experimentally investigated using a tube heated with a dc power source. The thickness of the tube wall in the axial direction was varied to attain axially nonuniform heating. The different thicknesses, therefore, separated the tube into regions of high heat flux and regions of low heat flux. The lengths of these regions of the tube were also varied to study the effect on the CHF. The objective of this system is to initiate boiling in the high-heat-flux region, thus increasing heat transfer, and to interrupt the bubble boundary layer in the low-heat-flux region. Because it is the initiation of boiling that increases heat transfer, the performance of such a system is linked to its effectiveness in repeatedly interrupting and re-establishing the bubble boundary layer. Our experiments, involving tubes that had sections of different thicknesses and different lengths, showed that when the heat flux in the low-heat-flux region was below the net vapor generation (NVG) heat flux, this system enhanced the CHF, but not when it was above the NVG. Also, for relatively short low-heat-flux regions, the CHF was not enhanced, presumably because there was insufficient time to interrupt the bubble boundary layer. © 1998 Scripta Technica, Heat Trans Jpn Res, 27(2): 169–178, 1998     

车用柴油机冷却水套的CFD分析与优化

利用三维造型软件Pro／E对某一六缸柴油机冷却水套建立模型,并用CFD软件Fluent进行模拟计算,得到整机冷却水套内冷却液速度分布、压力损失以及各缸流量分布等信息。分析结果表明：缸盖水套虽满足设计要求,但缸体水套存在冷却不足、均匀性差的缺陷。改进方案的模拟分析表明,改进后缸体水套冷却更为均匀,流动性能比原机水套有明显的改善。     

计算流体力学在发动机冷却水套设计中的应用

针对某三缸发动机在试验中出现的“拉缸”现象,应用STAR-CD软件对该机冷却水套中的流场和温度场进行分析,发现水套中存在大范围的低流速区和高温区,通过调整气缸垫中机体通往缸盖分水孔的大小和分布设计了改进方案,利用STAR-CD软件分析得到了最终的优化方案。     

某4缸乘用车柴油机冷却水套的设计优化

介绍了长城汽车研发的一款高性能"2.0VGT"柴油发动机冷却水套的设计优化过程,该发动机在进行可靠性试验过程中发现缸盖第1缸鼻梁区存在裂纹,导致冷却水渗入燃烧室发生失火。经过CFD模拟分析,采用优化垫片水孔结构,调整水孔上水量,得到优化后方案整体压力场,局部速度、对流传热系数、温度场的分布等均比优化前有明显改善。特别是优化后方案提高了缸盖第1缸鼻梁区(排气道与喷油器之间水路)冷却水的流速,避免了鼻梁区由于热负荷较大而导致的结构断裂问题。     

狭缝中流动沸腾传热过冷沸腾起始点的实验研究

以间隙为1．0mm和1．5mm的环形狭缝通道中流动沸腾传热的实验数据为基础，分析了影响过冷沸腾起始点热负荷的主要因素，给出了计算环形狭缝通道中流动沸腾传热过冷沸腾起始点的经验关联式，并将计算结果与实验值进行了比较。该关联式可以用来预测实验范围内的过冷沸腾起始点的热负荷。     

一种新概念内燃机--基于多孔介质燃烧技术的超绝热发动机

多孔介质中的超绝热燃烧是一种先进的燃烧技术,具有高效低污染的特点。将这一技术应用于发动机领域,有可能引起内燃机技术和产业的一场重大革新。介绍超绝热燃烧的概念,讨论了多孔介质中往复流动下超绝热燃烧的特点,对多孔介质发动机的工作循环作了简单的热力学分析。在此基础上,对当前国外超绝热发动机的基础研究进行综述,着重介绍了分别由美国、日本和德国提出的三种超绝热发动机的方案的理论和实验研究进展,以期引起我国内燃机界对这一发展动向的关注。     

内燃机创新设计初论

从分析创新思维入手,提出了内燃机创新设计的范围和发展方向,并简述几种内燃机创新设计的基本技法。