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。     

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.     

纳米流体强化活塞组-气缸套传热的数值模拟研究

将活塞组-气缸套作为一个耦合体,利用数值模拟法研究了只在润滑油中与只在冷却水中加入纳米Cu颗粒两种情况下的强化传热效果,并与原机传热情况进行比较。研究结果表明:无论是以Cu-润滑油纳米流体还是以Cu-水纳米流体作为传热工质,都可以显著提高活塞组-气缸套的散热性能,且散热量随着纳米粒子浓度的增高而增大。对于活塞侧,Cu-润滑油纳米流体的改善效果强于Cu-水纳米流体,其中Cu体积分数为5%的Cu-润滑油纳米流体可使燃烧室中心点a、燃烧室喉口点b、顶面外边缘点c和第一环外侧上边缘点d的温度平均降低约28.4、21.7、22.8和27.7K;对于气缸套侧,Cu-水纳米流体强化换热效果更理想,Cu体积分数为5%的Cu-水纳米流体可使气缸套内侧上边缘点e的温度平均降低约10.4K。     

Cu-H_2O纳米流体流动与强化换热的数值模拟研究

模拟纳米流体在三维管道中的流动和强化传热过程,运用数值计算方法研究纳米流体的流动特性和传热机理,探究不同纳米颗粒体积分数和不同纳米颗粒大小在不同雷诺数(Re)下对纳米流体的流动和传热特性的影响。基于DPM模型对纳米流体在圆管中的对流换热进行了数值模拟研究,研究结果表明,在一定范围内,每增加0.5%的体积分数,纳米流体的传热性能平均增强7.82%。随着纳米颗粒的减小,纳米流体的传热系数不断增加。     

流固耦合研究纳米流体在内燃机冷却水腔中的传热

在发动机的冷却系统内用纳米流体代替传统的冷却工质水,对六缸柴油机采用整体耦合的方法,将冷却系统与内燃机固体部件当作一个耦合体,使流固边界成为内部实时边界,对纳米流体在整机冷却系统中的流动与传热特性进行研究,考察不同种类、不同体积分数、不同粒径的纳米流体对内燃机冷却系统传热的影响规律,给出了整机冷却水套内冷却液的流场、换热系数、压力场以及准确的温度场分布,为内燃机热应力的计算以及纳米流体在柴油机冷却水腔的应用奠定了理论基础.     

内燃机气缸壁面传热的数值模拟

本文建立了内燃机气缸壁面传热过程的数学模型,传热系数采用欧洲广泛使用的Woschni、Woschni-Huber、Hohenberg和Bargende提出的经验公式计算。通过MOSES-Ⅱ内燃机工作过程数值模拟计算程序进行数值模拟,并将计算结果与试验结果进行比较     

内燃机气缸壁面传热的数值模拟

本文建立了内燃机气缸壁面传热过程的数学模型,传热系数采用欧洲广泛使用的Ｗｏｓｃｈｎｉ、Ｗｏｓｃｈｎｉ－Ｈｕｂｅｒ、Ｈｏｈｅｎｂｅｒｇ和Ｂａｒｇｅｎｄｅ提出的经验公式计算。通过ＭＯＳＥＳ－Ⅱ内燃机工作过程数值模拟计算程序进行数值模拟,并将计算结果与试验结果进行比较。     

多壁碳纳米管水基纳米流体重力热管传热特性数值模拟

为揭示多壁碳纳米管水基纳米流体应用在重力热管中的传热特性,基于多相流模型(VOF)建立其重力热管数值模型,并将数值结果与实验数据进行对比验证。以热阻作为性能评价指标,改变加热功率和充液率,讨论二者对热管换热性能的具体影响。通过添加传热传质源项来编写用户自定义函数(UDF)完成内部流体蒸发冷凝过程中的相变模拟。模拟结果表明:该数值模型能够较好模拟多壁碳纳米管水基纳米流体应用重力热管内部复杂的流动与传热过程;在选定的加热功率及充液率参数范围内,该重力热管的整体热阻随蒸发段加热功率的增大而减小,随充液率的增大而增大。     

纳米流体强化传热研究分析

文中综述了目前国内外对于纳米流体强化传热技术的研究情况,分析了纳米流体的强化传热机理及添加纳米粒子后对液体的物性参数--粘度、比热、密度、流体流动的影响;说明了石墨/水纳米流体及Fe3O4/水纳米流体导热系数和对流换热系数测量实验的原理及结果,并对结果进行了分析,实验结果表明纳米流体强化了传热.     

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。     

CuO纳米流体作为柴油机冷却介质的数值计算分析

用CuO纳米流体作为柴油机的冷却介质,运用计算流体力学(CFD)方法对CuO粒子质量分数为1%,3%和5%的CuO纳米流体在柴油机冷却水套内的流动和换热过程进行三维数值模拟,并采用湍流随机跟踪方法,对固液两相流离散项纳米粒子的运动进行轨迹追踪,得到了不同CuO质量分数的纳米流体在柴油机水套内的CuO粒子分布,速度场分布,换热总量以及水套进出、口之间的压降变化。计算结果表明,CuO纳米流体作为介质可以显著提高柴油机的散热性能,随着纳米粒子的增加,柴油机散热能力增强,水泵功率损失小范围增加。     

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。     

柴油机冷却系统的数值模拟

采用CFD软件FLUENT对某直列六缸柴油机冷却系统的流动和压力进行三维数值模拟,给出了整个冷却系统的流场和压力场分布,为冷却系统的优化提供了理论依据.     

发动机冷却水腔内沸腾传热的模拟研究

从单相流观点出发研究了两种计算过冷流动沸腾传热的思路:分区描述法和叠加计算法.提出了两个基于分区描述法的沸腾模型A和沸腾模型B;修正了基于叠加计算法的Chen沸腾模型和BDL沸腾模型中对流传热项的计算方法.利用这些沸腾模型进行了缸盖鼻梁区冷却水腔沸腾传热的数值模拟,并与试验结果进行了对比分析.结果表明:采用分区描述法和叠加计算法进行发动机冷却水腔内过冷流动沸腾传热计算均是可行且有效的方法;采用沸腾模型A和修正的BDL模型的预测精度比另两个沸腾模型要高;提高流速和过冷度均能强化沸腾传热的能力,提高压力后则在更高的壁面温度下才出现沸腾传热.     

换热管周围声流强化对流传热的数值模拟

为研究稳态声流成分对换热管对流换热特性的影响,建立了行波场中单换热管外声流强化传热的数值计算模型.采用分离时间尺度的数值方法模拟了声流和非均匀温度场的耦合作用,分析了换热管局部努塞尔数和平均努塞尔数在不同激励频率(10～1500 Hz)和声压级(103～127 dB)作用下的变化规律.结果 表明:平均努塞尔数随着激励频...     

车用内燃机冷却系的流动与传热仿真

本提出了车用内燃机冷却系的流动与传热仿真方法。采用一维的方法研究了车用内燃机冷却系的流动问题；采用集总参数法研究了车用内燃机冷却系的传热问题；将车用内燃机冷却系的流动问题与传热问题耦合起来作为一个系统，进行整体研究，建立了内燃机冷却系的流动与传热问题的整体模型。编制了计算程序。对某型坦克内燃机冷却系的流动与传热进行了实例计算，仿真结果与试验值符合较好。     

低散热发动机对流散热场的数值分析

本文利用在非交错网格上求解非正交曲线上标系下的Ｎ－Ｓ方程的方法，对低散热发动机对流散热场进行了数值模拟，得到了不同瑞利（Ｒａｙｌｅｉｇｈ）数下的散热通道内流场和温度场的数值解。计算结果表明，通过冷却通道中空气自然对流换热方式所散失的热量很小。     

轧钢碳套炉辊冷却系统耦合传热数值模拟研究

以高温环境下的炉辊为研究对象,建立了炉辊内气体流动与传热的物理和数学模型,利用FLUENT软件进行流固耦合传热数值模拟.研究分析结果表明,通过有限差分计算所得的温度场分布与实际情况基本吻合,从而验证了模型的有效性.在此基础上,对不同冷却气体参数及辊子结构下的通气冷却效果进行了分析,为气冷辊的优化设计提供依据.     

阵列射流冲击冷却流场与温度场的数值模拟

采用数值模拟方法对冲击冷却的流动和传热过程进行了三维数值研究。特别研究了在冲击孔叉排方式下,相邻孔间距、冲击距离以及射流入口雷诺数对冲击表面冷却流动传热特性的影响规律。